CN105108343A - 一种焊缝的表面处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊缝的表面处理工艺，包括：将焊后的待加工部件置于激光器的焦平面位置；沿着部件的焊缝处采用第一脉冲激光束对其进行毛化处理，使得在待加工部件的焊缝处表面产生微孔阵列；采用第二脉冲激光束对毛化后的部件的焊缝处及其周围区域进行除杂整平处理，清除焊接时产生的氧化层和飞溅物，至部件的焊缝处表面光滑；对经过除杂整平处理后的部件的焊缝处进行均匀喷涂处理。本发明的焊缝表面处理工艺，工艺简单，易于操作、绿色环保，保证只处理焊缝及周围局部区域，不会损伤正常部位，非接触性加工，所需能量较低，所需空间小，产生的烟尘可同步吸收，无噪音，对环境污染小。

Description

一种焊缝的表面处理工艺

技术领域

本发明涉及激光处理技术领域，尤其涉及一种焊缝的表面处理工艺。

背景技术

集装箱是近年来出现的模块化运输设备,具有可重复利用性,高可靠性和快速装运等特点。自出现以来,已快速地占领了货运市场，在全世界范围内海和陆路得到广泛的应用。集装箱系全世界通用,尺寸及外形均是标准的，制定了ISO国际标准,适用于任何国家。集装箱运输的迅速发展带动了集装箱制造业的繁荣。中国生产的标准干货集装箱占世界产量的95％以上，集装箱产销量十多年来一直保持世界第一。由于集装箱的需求量大,所以其生产性质一般属于大批量。但是，目前集装箱的生产还没有完全实现自动化。

集装箱在制造过程中,经过大量焊接加工后焊缝周围会存在焊烟、飞溅、和油漆灼伤等缺陷，焊缝本身也由于过于粗糙而不利于油漆的涂装，在施工过程中还会存在油污及灰尘等污染，因此总装完成后，应对焊缝周围进行处理，然后再进行喷涂。但是目前,集装箱生产线多采用人工喷砂清理技术或者机械打磨技术来清理焊缝，这样极不利于提高生产效率、稳定产品质量、实现集装箱生产线的全自动化生产。

喷砂清理技术是依靠高速流动的压缩空气使磨料获得很高的速度,让磨料打在工件表面,对工件表面进行高速撞击和磨削,从而实现对工件表面的清理或处理。由于喷砂处理采用高压气体作为喷砂载体,操作过程会产生很大的噪声污染和粉尘污染,因此喷砂清理需要在封闭的喷砂室内进行。由于集装箱表面垂直焊缝的不连续性,工人需要进入喷砂室作业,以保证喷打的准确性。操作过程中的轨迹和角度完全依靠人力控制，不仅效率低下，而且无法保证焊缝打磨位置的准确性。喷砂宽度不可调，范围很大，打磨时不可避免的会打磨到母材表面，操作不当容易伤及母材，影响产品质量，严重时还会导致集装箱返修。这样,喷砂作业会严重影响工人的身体健康,消耗大量能量,生产成本高,生产效率低且质量得不到保证。

机械打磨技术是用砂纸、浮石、细石粉等摩擦介质摩擦焊缝表面。机械打磨在处理集装箱内部焊缝时虽然能够去除氧化层和杂质，但是会产生明显打磨痕迹，造成打磨表面不均匀，影响美观；处理过程中打磨的精度不利于控制，易损伤集装箱表面；不利于自动化，产业化以及大批量生产；操作过程将产生很多粉尘，影响环境卫生，工作环境恶劣；加工部位具有局限性，部分交接焊缝无法清理。

综上所述，开发出一种工艺简单，制备效率高，达到全自动化生产且不产生任何环境污染，实现集装箱的焊缝处理技术，是目前科研工作者亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种焊缝的表面处理工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种焊缝的表面处理工艺，包括如下工序：

步骤S01：将焊后的待加工部件置于激光器的焦平面位置；

步骤S02：沿着待加工部件的焊缝处采用第一脉冲激光束对其进行毛化处理，使得在待加工部件的焊缝处表面产生微孔阵列；

步骤S03：采用第二脉冲激光束对毛化后的待加工部件的焊缝处及其周围区域进行除杂整平处理，清除焊接时产生的氧化层和飞溅物，至待加工部件的焊缝处表面光滑；

步骤S04：对经过除杂整平处理后的待加工部件的焊缝处进行均匀喷涂处理，结束工艺流程。

本发明的有益效果是：本发明的一种焊缝的表面处理工艺，同一台脉冲激光器先进行毛化处理，调整激光参数后再进行除杂整平处理，工艺简单，易于操作、绿色环保、便于实现自动化操作的焊缝处理的技术，保证只处理焊缝及周围局部区域，不会损伤正常部位。同时由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，而且是非接触性加工，相对于喷砂处理或者机械打磨，激光扫描加工所需的能量较低，所需的空间小，产生的烟尘可同步吸收，无噪音，对环境污染小。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤S02中，所述毛化处理的具体方式为：通过所述第一脉冲激光束短暂停留再跳转的方式，在待加工部件的焊缝处表面产生孔径范围为50μm－200μm之间的微孔阵列，且相邻微孔的中心间距范围为0.1mm－1mm之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过这种方式可以在部件的焊缝处表面形成均匀且大小相同的微孔阵列，提高表面粗糙度，便于后期喷涂处理，并能保证焊缝处的处理质量。

进一步：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间范围为0.1ms-0.1s。

上述进一步方案的有益效果是：通过控制所述短脉冲激光束每次短暂停留的时间可以调整所述微孔阵列中每个孔的孔深，以满足实际需求。

进一步：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间为50μs-50ms。

进一步：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束的波长小于3000nm，脉宽范围为50fs-1μs之间，重复频率的范围为1kHz-3000kHz。

进一步：所述第一脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

进一步：所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式为：激光器发出的所述第二脉冲激光束穿过双轴振镜并沿着部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为0.1mm/s-30m/s。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述双轴振镜可以在两个方向上同时改变所述第二脉冲激光束的方向，从而形成扫描面，这样可以对待加工部件的焊缝处进行面阵处理。

进一步：所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式为：通过多边形棱镜和所述工作台分别沿着两个相互垂直的方向转动，使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜并沿着部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为1m/s-1000m/s。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述多边形棱镜可以改变所述第二脉冲激光束的方向，并通过配合所述工作台转动，使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜后在部件的焊缝处形成扫描面，这样可以对待加工部件的焊缝处进行面阵处理。

进一步：所述步骤03中，所述第二脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

进一步：所述步骤S04中，在待加工部件的焊缝处冷却至常温后再进行后续喷涂处理，并在喷涂处理后进行烘干处理。

附图说明

图1为本发明的一种焊缝的表面处理工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种焊缝的表面处理工艺，包括如下工序：

步骤S01：将焊后的待加工部件置于激光器的焦平面位置；

步骤S02：沿着待加工部件的焊缝处采用第一脉冲激光束对其进行毛化处理，使得在待加工部件的焊缝处表面产生微孔阵列；

步骤S03：采用第二脉冲激光束对毛化后的待加工部件的焊缝处及其周围区域进行除杂整平处理，清除焊接时产生的氧化层和飞溅物，至待加工部件的焊缝处表面光滑；

步骤S04：对经过除杂整平处理后的待加工部件的焊缝处进行均匀喷涂处理，结束工艺流程。

本实施例中，所述步骤S02中，所述毛化处理的具体方式为：通过所述第一脉冲激光束短暂停留再跳转的方式，在待加工部件的焊缝处表面产生孔径范围为50μm－200μm之间的微孔阵列，且相邻微孔的中心间距范围为0.1mm－1mm之间。通过这种方式可以在待加工部件的焊缝处表面形成均匀且大小相同的微孔阵列，提高表面粗糙度，便于后期喷涂处理，并能保证焊缝处的处理质量。

优选地，所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间范围为0.1ms-0.1s。通过控制所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间可以调整所述微孔阵列中每个孔的孔深，以满足实际需求。

优选地，所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间为50μs-50ms。本实施例中，我们设置了多组停留时间并分别经过试验，结果如下：当所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间为50μs-50ms时，所述微孔的深度可以满足后足除杂整平的要求，取得比较好的处理效果；当所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间大于50ms时，所述微孔的深度过深，这样不仅浪费激光能源，并且效率会由于停留时间过长而降低，另外停留的时间过长也会导致待加工部件的焊缝处温度过高，后续喷涂时需要更长的冷却时间；当所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间小于50μs时，所述微孔的深度过浅，导致后续除杂整平效果不理想，会出现待加工部件焊缝处不平整，并明显留有焊接的痕迹。

本实施例中，所述步骤S02中所述第一脉冲激光束的波长小于3000nm，脉宽范围为50fs-1μs之间，重复频率的范围为1kHz-3000kHz。

优选地，所述第一脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

本实施例中，所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式为：激光器发出的所述第二脉冲激光束穿过双轴振镜并沿着待加工部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为0.1mm/s-30m/s。通过所述双轴振镜可以在两个方向上同时改变所述第二脉冲激光束的方向，从而形成扫描面，这样可以对待加工部件的焊缝处进行面阵处理。这里，所述双轴振镜包括x振镜和y振镜，所述x振镜沿着x轴方向运动，所述y振镜沿着y轴方向运动，所述第二脉冲激光束依次穿过x振镜和y振镜后会将x轴方向的偏移和y轴方向上的偏移合成，从而形成对所述待加工部件的焊缝处进行面阵扫描处理。

本实施例中，所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式还可以为：通过多边形棱镜和所述工作台分别沿着两个相互垂直的方向转动，使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜并沿着待加工部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为1m/s-1000m/s。通过所述多边形棱镜可以改变所述第二脉冲激光束的方向，并通过配合所述工作台转动，使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜后在待加工部件的焊缝处形成扫描面，这样可以对待加工部件的焊缝处进行面阵处理。这里，所述多边形棱镜沿着x轴方向转动，放置有待加工部件的所述工作台连同所述待加工部件一同沿着y轴方向转动，这样会使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜后与所述待加工部件在y轴方向上的转动合成，从而形成对所述待加工部件的焊缝处进行面阵扫描处理。

优选地，所述步骤03中，所述第二脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

本实施例中，所述步骤S04中，在待加工部件的焊缝处冷却至常温后再进行后续喷涂处理，并在喷涂处理后进行烘干处理。

本发明的一种焊缝的表面处理工艺，同一台脉冲激光器先进行毛化处理，调整激光参数后再进行除杂整平处理，工艺简单，易于操作、绿色环保、便于实现自动化操作的焊缝处理的技术，保证只处理焊缝及周围局部区域，不会损伤正常部位。同时由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，而且是非接触性加工，相对于喷砂处理或者机械打磨，激光扫描加工所需的能量较低，所需的空间小，产生的烟尘可同步吸收，无噪音，对环境污染小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于，包括如下工序：

步骤S01：将焊后的待加工部件置于激光器的焦平面位置；

步骤S02：沿着待加工部件的焊缝处采用第一脉冲激光束对其进行毛化处理，使得在待加工部件的焊缝处表面产生微孔阵列；

步骤S03：采用第二脉冲激光束对毛化后的待加工部件的焊缝处及其周围区域进行除杂整平处理，清除焊接时产生的氧化层和飞溅物，至待加工部件的焊缝处表面光滑；

步骤S04：对经过除杂整平处理后的待加工部件的焊缝处进行均匀喷涂处理，结束工艺流程。

2.根据权利要求1所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S02中，所述毛化处理的具体方式为：通过所述第一脉冲激光束短暂停留再跳转的方式，在待加工部件的焊缝处表面产生孔径范围为50μm－200μm之间的微孔阵列，且相邻微孔的中心间距范围为0.1mm－1mm之间。

3.根据权利要求2所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间范围为0.1ms-0.1s。

4.根据权利要求3所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束每次短暂停留的时间为50μs－50ms。

5.根据权利要求1所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S02中所述第一脉冲激光束的波长小于3000nm，脉宽范围为50fs-1μs之间，重复频率的范围为1kHz-3000kHz。

6.根据权利要求5所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述第一脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

7.根据权利要求1所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式为：激光器发出的所述第二脉冲激光束穿过双轴振镜并沿着待加工部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为0.1mm/s-30m/s。

8.根据权利要求1所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S03中，所述除杂整平处理的具体方式为：通过多边形棱镜和所述工作台分别沿着两个相互垂直的方向转动，使得所述第二脉冲激光束穿过所述多边形棱镜并沿着待加工部件的焊缝处进行扫描处理，扫描速度为1m/s-1000m/s。

9.根据权利要求7或8所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤03中，所述第二脉冲激光束的波长为1064nm，脉宽为1ns-240ns，重复频率为1000kHz。

10.根据权利要求1至8任一项所述一种焊缝的表面处理工艺，其特征在于：所述步骤S04中，在待加工部件的焊缝处冷却至常温后再进行后续喷涂处理，并在喷涂处理后进行烘干处理。