CN108500461A - 丝状金属材料激光对焊方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丝状金属材料激光对焊方法及装置，该方法包括如下步骤：S1、粗磨：初步将待焊细丝的焊接端面分别打磨成一定角度；S2、精磨：分别对不同角度的端面进行精细打磨；S3、抛光：再对不同角度端面进行抛光；S4、预处理：将一种或几种金属粉末涂敷在待焊区域表面添加预涂层来优化焊接接头的微观组织和接头性能；S5、焊接：利用激光对待焊区进行焊接。本发明通过焊前改变细丝焊接端面角，来改变焊接端面接触面积，增加了焊接端面有效焊点的个数，从而达到提高焊接接头强度的目的；通过焊前在焊接表面处添加预涂层来优化焊接接头的微观组织，细化晶粒，来提高焊接接头的性能；本发明热输入量低且容易控制，焊接精度高，能量密度高。

Description

丝状金属材料激光对焊方法及装置
技术领域
本发明涉及激光焊接加工技术领域，具体涉及一种丝状金属材料激光对焊方法及装置。
背景技术
在工业中丝状材料通常采用冷拔的方式进行生产，这导致了丝材强度提高，塑性和焊接性下降。同时由于丝材直径小，丝与丝的对焊对焊接装配精度以及焊接能量控制精度要求特别高，一些传统焊接方法不太适用于丝状材料焊接。如：电阻对焊，在电阻对焊中由于丝材直接小，焊接过程中迅速加载的顶锻力非常容易使得焊接母材失稳，并且旁弯；钨极氩弧焊，钨极氩弧焊焊接热输入量较高，且焊丝的量对于直径较小的细丝更难控制，容易在焊接接头产生圆球，不利于丝材焊后的盘卷；搭接点焊，搭接点焊的焊接接头是双倍直径，接头不美观，不利于丝材焊后的储存与运输。并且当丝材接头受拉力作用时，实际上焊接接头受到的是剪切力，对于某些材料无法满足使用要求。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中丝材对焊焊接接头接触面积小、焊缝质量差的技术问题，本发明提出一种丝状金属材料激光对焊方法及装置。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一方面，本发明提供一种丝状金属材料激光对焊方法，包括如下步骤：
S1、粗磨：初步将待焊细丝的焊接端面分别打磨成一定角度；
S2、精磨：分别对不同角度的端面进行精细打磨；
S3、抛光：再对不同角度端面进行抛光；
S4、预处理：将一种或几种金属粉末涂敷在待焊区域表面添加预涂层来优化焊接接头的微观组织和接头性能；
S5、焊接：利用激光对待焊区进行焊接。
进一步地，步骤S1中，初步用砂轮将焊接端面分别打磨成15°、30°、45°、60°、75°、90°。
进一步地，步骤S1中，所述待焊细丝为奥氏体不锈钢丝、铁素体不锈钢丝或普通碳钢钢丝，厚度为1mm。
进一步地，步骤S1之前，还包括将原本盘成卷的母材圧直的步骤。
进一步地，步骤S2中，分别用不同砂纸对不同角度的端面进行精细打磨。
进一步地，步骤S2中，分别用#220、#400、#1000的砂纸对不同角度的端面进行精细打磨。
进一步地，步骤S3中，使用抛光机、抛光布或抛光液对不同角度端面进行抛光。
进一步地，步骤S4中，金属粉末为Ni60粉末和/或Fe55粉末。
另一方面，本发明还提供一种丝状金属材料激光对焊装置，包括激光器、光学传导系统、振镜扫描系统、工作台和夹具，夹具设置于工作台上；
所述激光器用于产生激光光束，所述激光光束经光学传导系统后进入振镜扫描系统，所述振镜扫描系统用于对激光光束进行聚焦，使激光束在待焊细丝交界处形成光斑，并利用光斑在工作台上对待焊区进行焊接，所述夹具用于夹持待焊细丝。
进一步地，激光器峰值功率为900W，激光器所发射激光束波长为1064nm，脉冲宽度为6ms，离焦距离为正离焦0.5mm，激光器镜腔类型为平凸镜腔。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过焊前改变细丝焊接端面角，来改变焊接端面接触面积，增加了焊接端面有效焊点的个数，从而达到提高焊接接头强度的目的。
本发明通过焊前在焊接表面处添加预涂层来优化焊接接头的微观组织，细化晶粒，来提高焊接接头的性能。
本发明激光焊接光斑小，热输入量低且容易控制，焊接精度高，能量密度高，焊接质量高，热影响区小非常适用于细丝材料的焊接。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明丝状金属材料激光对焊方法的流程图；
图2为常规细丝端面示意图；
图3为经砂轮和砂纸处理后细丝焊接端面示意图；
图4为细丝对接焊焊接接头颈缩图；
图5为未进行金属粉末预处理的激光焊接焊缝微观组织形貌图；
图6为金属粉末预处理后激光焊接焊缝微观组织形貌图；
图7为本发明丝状金属材料激光对焊装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种丝状金属材料激光对焊方法，包括如下步骤：
S1、粗磨：初步将待焊细丝的焊接端面分别打磨成一定角度；
S2、精磨：分别对不同角度的端面进行精细打磨；
S3、抛光：再对不同角度端面进行抛光；
S4、预处理：将一种或几种金属粉末涂敷在待焊区域表面添加预涂层来优化焊接接头的微观组织和接头性能；
S5、焊接：利用激光对待焊区进行焊接。
首先，由图2可知通常细丝端面角为90°，此时端面的接触面积最小，端面所能容纳的焊点个数也是最小的，这会导致焊接接头强度不足。基于以上缺点，本发明采取一种全新的构思方式。如图3所示，本发明通过砂轮、砂纸对细丝断面进行加工，改变细丝端面角，增加了端面的接触面积，从而使得端面所能容纳的有效焊点数目增加，增强了接头的结合强度。
结合图2、图3具体步骤如下：首先将原本盘成卷的母材圧直，然后对待焊试样端面进行角度打磨。初步用砂轮将焊接端面分别打磨成15°、30°、45°、60°、75°、90°(垂直端面)，为了保证焊接材料的对接接头夹持精度，因此对焊接接头的角度要求较为精确，若焊材两端角度不完全相同，则两端母材无法完整对接，从而留下缝隙，导致焊接过程中漏光和焊接接头因材料缺少发生的颈缩现象，需要将不同角度的端面进行精细的打磨与抛光。分别用#220、#400、#1000的砂纸对不同角度的端面进行打磨，需要确保端面角度精确，再使用抛光机、抛光布或抛光液对不同角度端面进行抛光。
其次，如图4所示，细丝材料在激光焊接时由于焊接端面中间气化或者飞溅会导致焊接接头直径变小，同时，焊接时母材出于熔融状态，受金属液体表面张力的影响，液态金属往激光光斑中心靠拢，这些加剧了焊接接头的颈缩现象。在细丝焊接过程中，由于接头热输入量大且集中，容易造成焊接接头的晶粒粗大。颈缩现象和晶粒粗大这些原因都会降低焊接接头的塑性和强度。基于以上缺点，本发明采取又一种全新的构思方式。通过在焊前预处理采用添加预涂层来优化焊接接头的微观组织和接头性能。结合图5、图6，可以知道预涂粉末后在焊缝表面的形貌要比未预涂任何材料的焊缝表面平滑，晶粒更加细小，排布更加整齐有序。
本发明实施例中，所述待焊细丝为奥氏体不锈钢丝，所述待焊试样的厚度为1mm，可以理解，本发明同样适用于其他类型或厚度焊接试样，例如铁素体不锈钢丝、普通碳钢钢丝等。
本发明实施例中，所述预涂粉末为Ni60粉末，可以理解，本发明同样适用于其他类型粉末，例如Fe55等。
实施例2
如图7所示，本发明还提供一种丝状金属材料激光对焊装置，包括激光器、光学传导系统、振镜扫描系统、工作台和夹具，夹具设置于工作台上；
所述激光器用于产生激光光束，所述激光光束经光学传导系统后进入振镜扫描系统，所述振镜扫描系统用于对激光光束进行聚焦，使激光束在待焊细丝交界处形成光斑，并利用光斑在工作台上对待焊区进行焊接，所述夹具用于夹持待焊细丝。
本实施例中，激光器峰值功率为900W，激光器所发射激光束波长为1064nm，脉冲宽度为6ms，离焦距离为正离焦0.5mm，激光器镜腔类型为平凸镜腔。
本发明通过焊前改变细丝焊接端面角，来改变焊接端面接触面积，增加了焊接端面有效焊点的个数，从而达到提高焊接接头强度的目的。
本发明通过焊前在焊接表面处添加预涂层来优化焊接接头的微观组织，细化晶粒，来提高焊接接头的性能。
本发明激光焊接光斑小，热输入量低且容易控制，焊接精度高，能量密度高，焊接质量高，热影响区小非常适用于细丝材料的焊接。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、粗磨：初步将待焊细丝的焊接端面分别打磨成一定角度；
S2、精磨：分别对不同角度的端面进行精细打磨；
S3、抛光：再对不同角度端面进行抛光；
S4、预处理：将一种或几种金属粉末涂敷在待焊区域表面添加预涂层来优化焊接接头的微观组织和接头性能；
S5、焊接：利用激光对待焊区进行焊接。
2.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S1中，初步用砂轮将焊接端面分别打磨成15°、30°、45°、60°、75°、90°。
3.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S1中，所述待焊细丝为奥氏体不锈钢丝、铁素体不锈钢丝或普通碳钢钢丝，厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S1之前，还包括将原本盘成卷的母材圧直的步骤。
5.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S2中，分别用不同砂纸对不同角度的端面进行精细打磨。
6.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S2中，分别用#220、#400、#1000的砂纸对不同角度的端面进行精细打磨。
7.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S3中，使用抛光机、抛光布或抛光液对不同角度端面进行抛光。
8.根据权利要求1所述的丝状金属材料激光对焊方法，其特征在于，步骤S4中，金属粉末为Ni60粉末和/或Fe55粉末。
9.一种丝状金属材料激光对焊装置，其特征在于，包括激光器、光学传导系统、振镜扫描系统、工作台和夹具，夹具设置于工作台上；
所述激光器用于产生激光光束，所述激光光束经光学传导系统后进入振镜扫描系统，所述振镜扫描系统用于对激光光束进行聚焦，使激光束在待焊细丝交界处形成光斑，并利用光斑在工作台上对待焊区进行焊接，所述夹具用于夹持待焊细丝。
10.根据权利要求9所述的丝状金属材料激光对焊装置，其特征在于，激光器峰值功率为900W，激光器所发射激光束波长为1064nm，脉冲宽度为6ms，离焦距离为正离焦0.5mm，激光器镜腔类型为平凸镜腔。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5750294A (en) * 1980-09-08 1982-03-24 Fujitsu Ltd Structure of laser welded joint for fine wire
JPS59232685A (ja) * 1983-06-15 1984-12-27 Toshiba Corp レ−ザ加工方法
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
US20080171952A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-17 Katsuro Mishima Intermediate member, and a medical device and guide wire including such an intermediate member
US20090227902A1 (en) * 2004-08-31 2009-09-10 Abbott Cardiovascular Systems, Inc. Guide wire with core having welded wire segments
US20130313234A1 (en) * 2011-01-13 2013-11-28 Tadashi Rokkaku Method for manufacturing inspection probe
CN104117762A (zh) * 2014-08-16 2014-10-29 国家电网公司 一种钢筋坡口焊接方法
CN104395030A (zh) * 2012-06-29 2015-03-04 夏伊洛工业公司 焊接坯件组件及方法
CN106378530A (zh) * 2016-10-18 2017-02-08 湖南大学 一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法
CN107442933A (zh) * 2016-06-01 2017-12-08 泰科电子(上海)有限公司 焊接系统和焊接方法
US20180085855A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of copper with reaction materials

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5750294A (en) * 1980-09-08 1982-03-24 Fujitsu Ltd Structure of laser welded joint for fine wire
JPS59232685A (ja) * 1983-06-15 1984-12-27 Toshiba Corp レ−ザ加工方法
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
US20090227902A1 (en) * 2004-08-31 2009-09-10 Abbott Cardiovascular Systems, Inc. Guide wire with core having welded wire segments
US20080171952A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-17 Katsuro Mishima Intermediate member, and a medical device and guide wire including such an intermediate member
US20130313234A1 (en) * 2011-01-13 2013-11-28 Tadashi Rokkaku Method for manufacturing inspection probe
CN104395030A (zh) * 2012-06-29 2015-03-04 夏伊洛工业公司 焊接坯件组件及方法
CN104117762A (zh) * 2014-08-16 2014-10-29 国家电网公司 一种钢筋坡口焊接方法
CN107442933A (zh) * 2016-06-01 2017-12-08 泰科电子(上海)有限公司 焊接系统和焊接方法
US20180085855A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of copper with reaction materials
CN106378530A (zh) * 2016-10-18 2017-02-08 湖南大学 一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"激光先进制造技术及其应用", 国防工业出版社, pages: 95 *

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