CN104646825A - 一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法 - Google Patents

一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于激光焊接工艺领域，提供了一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，包括：在紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层，光纤激光器发出的激光经聚焦后对紫铜厚板的喷涂有吸光涂层的焊缝位置进行焊接；吸光涂层涂料包括吸光涂料和水基树脂；吸光涂料由ZnO亚微米颗粒、Al2O3亚微米颗粒和TiO2亚微米颗粒组成，各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50-60％；Al2O3亚微米颗粒20-25％；TiO2亚微米颗粒20-25％；各组分的质量百分比之和为100％。通过在紫铜厚板表面预置一层自行研制的吸光涂层，极大提高光纤激光焊接紫铜时的能量利用率，增大焊接熔深，提升焊接效率，通过比重小于铜合金的陶瓷熔渣覆盖在熔池表面，能有效防止熔池氧化，在无焊接保护气体条件下，也可获得较好的焊缝质量。

Description

一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法
技术领域
本发明属于激光焊接工艺领域，尤其涉及一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法。
背景技术
由于紫铜具有优良的导电性、导热性，被广泛应用于电子电器行业，主要用于制作发电机、母线、变压器、热交换器等，在制造过程中多涉及紫铜的焊接加工。
传统的紫铜焊接方法主要有气焊、手工电弧焊、氩弧焊、电阻焊等，气焊、电弧焊、氩弧焊时都需要填丝，紫铜较厚时还需要开破口，且焊后焊缝成形较差，不美观。电阻焊可以焊接大厚度紫铜，特别是在变压器的制造中，但其焊接变形较大，大幅影响了产品质量。
随着焊接技术的发展，电子束、光纤激光器等高能热源被用于紫铜焊接，并取得了一定的效果。特别是光纤激光焊接紫铜，激光聚焦后能量密度大(＞106w/cm2)，焊接过程为深熔焊，以小孔效应的方式进行，焊接速度高，热影响小，焊接变形小；将光纤激光器与机器人集成后可进行三维焊接，焊接自动化程度高。
传统的紫铜激光焊接方式为通过简单调整激光功率、速度、离焦量等参数，使得紫铜表面激光功率密度大于106w/cm2，从而形成焊接熔池。这种方法在薄板紫铜焊接时可取得较好焊缝，但当紫铜厚度增加，超过3mm厚时，激光焊接的效果不甚理想。主要原因为紫铜对波长1.064μm的光纤激光反射率大，且紫铜的导热率高，致使激光直接作用在紫铜上进行焊接时，紫铜对激光能量吸收较少，导致焊缝熔深小。
目前，在厚板紫铜焊接方面，国内外已有许多专家学者以及企业进行研究，但均未在紫铜焊接厚度、焊接效率以及焊缝形貌等方面做出太大突破。其中中国发明专利文献“紫铜的激光焊接方法”(公告号为101670489，公告日为2010年3月17日)报道中，提出了一种紫铜的激光焊接方法，采用在紫铜板上垫不锈钢材料的方法进行焊接，采用4000w功率，8mm/s的焊接速度，可焊接3.5mm厚紫铜，有效增大了激光焊接紫铜的熔深。但当工件为异型件，如T型焊缝、角焊缝时，该方法不易实现，且焊接效率较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，以解决现有技术紫铜厚板焊接效率低的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，所述方法包括：在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层，光纤激光器发出的激光经聚焦后对所述紫铜厚板的喷涂有所述吸光涂层的焊缝位置进行焊接；
所述吸光涂层涂料包括吸光涂料和水基树脂；
所述吸光涂料由ZnO亚微米颗粒、Al2O3亚微米颗粒和TiO2亚微米颗粒组成，各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50-60％；Al2O3亚微米颗粒20-25％；TiO2亚微米颗粒20-25％；各组分的质量百分比之和为100％；
所述吸光涂料由重量为所述吸光涂料重量的20～50％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的第一优选实施例中：在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层之前，用砂纸打磨紫铜厚板的表面，清除紫铜厚板表面的氧化膜，并依次用丙酮和乙醇擦拭表面；
在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层时，利用喷枪或毛刷将所述吸光涂层涂料均匀喷涂在所述紫铜厚板的焊缝处；
在所述紫铜厚板焊缝处喷涂所述吸光涂层后，通过烘干装置对所述吸光涂层涂料进行干燥，光纤激光器对所述焊缝位置进行焊接，焊接时将所述紫铜厚板通过夹治具进行固定；焊后待焊缝冷却，采用沾水的湿抹布轻轻除去残留的所述吸光涂层涂料。
本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的第二优选实施例中：所述吸光涂层的厚度为0.01—0.1mm。
本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的第三优选实施例中：所述光纤激光器为连续光纤激光器，所述紫铜厚板厚度为3-5mm；所述光纤激光焊接参数为激光功率4000-6000w、焊接速度20-30mm/s、光斑直径0.3-0.6mm。
本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的第四优选实施例中：所述吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50％；Al2O3亚微米颗粒25％；TiO2亚微米颗粒25％；
所述吸光涂料由重量为所述吸光涂料重量的20％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的第五优选实施例中：所述吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒60％；Al2O3亚微米颗粒20％；TiO2亚微米颗粒20％；
所述吸光涂料由重量为涂料重量的50％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
本发明实施例提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，利用光纤激光器对紫铜厚板进行焊接，通过在紫铜厚板表面预置一层自行研制的吸光涂层，极大提高光纤激光焊接紫铜时的能量利用率，增大焊接熔深，提升焊接效率，同时，通过吸光涂层的还原剂等成分，激光熔池形成后，陶瓷相比重较小，上浮于金属熔池之上，在液态和凝固态均能有效保护熔池，防止焊缝的氧化，提高熔池的洁净度，在无焊接保护气体的条件下，也可获得较好的焊缝质量；且本方法易于实现，不受焊接接头形式的限制，对环境影响小；因此，本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，较好解决了紫铜厚板焊接成型差、效率低等问题，为紫铜更广范围的应用奠定了较好的基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的焊接示意图；
图2是本发明提供的采用吸光涂层涂料的第一实施例进行焊接的焊缝截面金相图；
图3是本发明提供的采用吸光涂层涂料的第二实施例进行焊接的焊缝截面金相图；
1为紫铜；2为吸光涂层；3为光纤激光束。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示为本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的焊接示意图，本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，包括：在紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层，光纤激光器发出的激光经聚焦后对紫铜厚板的喷涂有吸光涂层的焊缝位置进行焊接。
吸光涂层涂料包括吸光涂料和水基树脂。
吸光涂料由ZnO亚微米颗粒(＜1μm)、Al2O3亚微米颗粒和TiO2亚微米颗粒组成，各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50-60％；Al2O3亚微米颗粒20-25％；TiO2亚微米颗粒20-25％；各组分的质量百分比之和为100％。
该吸光涂料由重量为吸光涂料重量的20～50％的水基树脂分散均匀，配制成吸光涂层涂料。
本发明实施例提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，利用光纤激光器对紫铜厚板进行焊接，通过在紫铜厚板表面预置一层自行研制的吸光涂层，极大提高光纤激光焊接紫铜时的能量利用率，增大焊接熔深，提升焊接效率，同时，通过吸光涂层的还原剂等成分，激光熔池形成后，陶瓷相比重较小，上浮于金属熔池之上，在液态和凝固态均能有效保护熔池，防止焊缝的氧化，提高熔池的洁净度，在无焊接保护气体的条件下，也可获得较好的焊缝质量。且本方法易于实现，不受焊接接头形式的限制，对环境影响小。因此，本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，较好解决了紫铜厚板焊接成型差、效率低等问题，为紫铜更广范围的应用奠定了较好的基础。
进一步的，本发明提供的一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，在紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层之前，用砂纸轻微打磨紫铜厚板的表面，清除紫铜厚板表面的氧化膜，并依次用丙酮和乙醇擦拭表面，去除油污，以便于吸光涂料吸附，条件允许时，可将焊接处打磨粗糙，以增大吸光涂料吸附性。
在紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层时，利用喷枪或毛刷将其均匀喷涂在紫铜厚板的焊缝处，以提高紫铜厚板对激光的吸收率，并保证焊接过程紫铜不被氧化。该吸光涂层的厚度为0.01—0.1mm，吸光涂层厚度需均匀一致。
在紫铜厚板焊缝处喷涂吸光涂层后，通过烘干装置对涂料进行干燥，光纤激光器对焊缝位置进行焊接，焊接时将紫铜厚板通过夹治具进行固定，保证焊接处平整、无缝隙。
光纤激光器为连续光纤激光器，紫铜厚板厚度为3-5mm，光纤激光焊接参数为激光功率4000-6000w、焊接速度20-30mm/s、光斑直径0.3-0.6mm，焊接过程中无需焊接保护气体。
焊后待焊缝冷却，采用沾水的湿抹布轻轻除去残留的涂料，可得到成形良好，且未被氧化的焊缝。
实施例一
本发明提供的实施例一为本发明提供的一种吸光涂层涂料的第一实施例，该吸光涂层涂料的第一实施例中：吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50％；Al2O3亚微米颗粒25％；TiO2亚微米颗粒25％。该吸光涂料由重量为涂料重量的20％的水基树脂分散均匀，配制成吸光涂层涂料。
用砂纸轻微打磨紫铜厚板，除去氧化皮，然后用丙酮清洗表面以除去油污，再用乙醇进一步清洗。采用喷枪将吸光涂层涂料均匀喷涂在焊接位置。采用光斑直径为0.48mm的焊接头，设定光纤激光器功率4000w，焊接速度30mm/s，待紫铜厚板上涂料干燥后进行焊接。采用上述参数焊接后，焊缝表观及截面的金相图如图2所示。
实施例二
本发明提供的实施例二为本发明提供的一种吸光涂层涂料的第二实施例，该吸光涂层涂料的第二实施例中：吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒60％；Al2O3亚微米颗粒20％；TiO2亚微米颗粒20％。该吸光涂料由重量为涂料重量的50％的水基树脂分散均匀，配制成吸光涂层涂料。
用砂纸轻微打磨紫铜厚板，除去氧化皮，然后用丙酮清洗表面以除去油污，再用乙醇进一步清洗。采用喷枪将吸光涂层涂料均匀喷涂在焊接位置。采用光斑直径为0.48mm的焊接头，设定光纤激光器功率6000w，焊接速度20mm/s，待紫铜厚板上涂料干燥后进行焊接。采用上述参数焊接后，焊缝表观及截面形貌如图3所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光纤激光焊接紫铜厚板的方法，其特征在于，所述方法包括：在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层，光纤激光器发出的激光经聚焦后对所述紫铜厚板的喷涂有所述吸光涂层的焊缝位置进行焊接；
所述吸光涂层涂料包括吸光涂料和水基树脂；
所述吸光涂料由ZnO亚微米颗粒、Al2O3亚微米颗粒和TiO2亚微米颗粒组成，各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50-60％；Al2O3亚微米颗粒20-25％；TiO2亚微米颗粒20-25％；各组分的质量百分比之和为100％；
所述吸光涂料由重量为所述吸光涂料重量的20～50％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层之前，用砂纸打磨紫铜厚板的表面，清除紫铜厚板表面的氧化膜，并依次用丙酮和乙醇擦拭表面；
在所述紫铜厚板的焊缝处喷涂吸光涂层时，利用喷枪或毛刷将所述吸光涂层涂料均匀喷涂在所述紫铜厚板的焊缝处；
在所述紫铜厚板焊缝处喷涂所述吸光涂层后，通过烘干装置对所述吸光涂层涂料进行干燥，光纤激光器对所述焊缝位置进行焊接，焊接时将所述紫铜厚板通过夹治具进行固定；焊后待焊缝冷却，采用沾水的湿抹布轻轻除去残留的所述吸光涂层涂料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸光涂层的厚度为0.01—0.1mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤激光器为连续光纤激光器，所述紫铜厚板厚度为3-5mm；所述光纤激光焊接参数为激光功率4000-6000w、焊接速度20-30mm/s、光斑直径0.3-0.6mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒50％；Al2O3亚微米颗粒25％；TiO2亚微米颗粒25％；
所述吸光涂料由重量为所述吸光涂料重量的20％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸光涂料中各组分的质量百分比范围是：ZnO亚微米颗粒60％；Al2O3亚微米颗粒20％；TiO2亚微米颗粒20％；所述吸光涂料由重量为涂料重量的50％的水基树脂分散均匀，配制成所述吸光涂层涂料。
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