CN108526691A - 激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光焊接方法，包括以下步骤：将待焊接的两个板材以对接的方式放置；将一焊材放置于两个所述板材之间，所述焊材与两个所述板材贴合；激光束照射所述焊材并沿所述焊材移动，将两个所述板材焊接在一起。上述激光焊接方法，通过在待焊接的两个板材间预置焊材，板材上无需开坡口，降低了装配精度要求，避免了装配时组对误差、加工误差以及操作失误造成的间隙过大而无法焊接或者焊接质量差的难题，保持了激光自熔焊的高质量、高精度、高稳定性的优点，有效地提高了生产效率。

Description

激光焊接方法
技术领域
本发明涉及大间隙对接焊技术领域，特别是涉及一种激光焊接方法。
背景技术
随着中国制造业的发展，工业生产越来越多地采用自动化流水作业，自动化一方面降低了工作者的劳动强度，同时也提高了生产效率。焊接作为一种重要的产品连接方式，在工业领域发挥着重要作用，提高焊接效率能够进一步提高生产效率。激光焊接作为一种先进的焊接技术，其自动化程度高、焊接工艺高效可靠，可以有效地提高生产效率。
对于大间隙工件的激光焊接，目前采用的方法通常是激光填丝焊。激光填丝焊虽然可以解决间隙对工件焊接的影响，但仍然存在种种问题。由于焊接过程增加了焊丝，焊丝对熔池的搅拌作用破坏了原来熔池的形成机理，增加了焊接过程的复杂性；同时，送丝参数与激光焊接参数的匹配影响最终的焊接效果；精确而稳定的送丝是焊接过程稳定的必要条件，而实际焊接过程中容易出现卡丝、粘丝、送丝角变化等一系列问题，导致焊接飞溅、焊缝成型不稳定等缺陷。此外，由于焊接过程中需配备自适应控制系统，激光填丝焊的装备成本高、工艺复杂。
发明内容
基于此，有必要针对激光填丝焊存在焊接效果不稳定且装备成本高、工艺复杂的问题，提供一种激光焊接方法。
一种激光焊接方法，包括以下步骤：
将待焊接的两个板材以对接的方式放置；
将一焊材放置于两个所述板材之间，所述焊材与两个所述板材贴合；
激光束照射所述焊材并沿所述焊材移动，将两个所述板材焊接在一起。
上述激光焊接方法，通过在待焊接的两个板材间预置焊材，板材上无需开坡口，降低了装配精度要求，避免了装配时组对误差、加工误差以及操作失误造成的间隙过大而无法焊接或者焊接质量差的难题，保持了激光自熔焊的高质量、高精度、高稳定性的优点，有效地提高了生产效率，同时成本低、工艺简单，。
在其中一个实施例中，所述激光束由半导体激光器产生。
在其中一个实施例中，所述半导体激光器的功率为1800W～2500W。
在其中一个实施例中，所述焊材与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm。
在其中一个实施例中，所述激光束照射所述焊材并沿所述焊材中心移动的过程中对焊接位置吹送惰性气体。
一种激光焊接方法，包括以下步骤：
将待焊接的两个板材以对接的方式放置；
在两个所述板材的连接处的底部设置一衬垫，将颗粒状焊材放置于所述衬垫和两个所述板材围合形成的容纳槽中；
激光束照射所述颗粒状焊材并沿所述容纳槽移动，将两个所述板材焊接在一起。
在其中一个实施例中，所述激光束由半导体激光器产生，且所述半导体激光器的功率为1800W～2500W。
在其中一个实施例中，所述激光束照射所述颗粒状焊材并沿所述容纳槽移动的过程中对焊接位置吹送惰性气体。
在其中一个实施例中，所述惰性气体的气流量小于20L/min。
在其中一个实施例中，所述颗粒状焊材的堆积高度与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm。
附图说明
图1为一实施例中激光焊接方法的流程图；
图2为图1所示激光焊接方法对应的焊接装置的示意图；
图3为另一实施例中激光焊接方法的流程图；
图4为图3所示激光焊接方法对应的焊接装置的示意图；
图5为可采用图4所示焊接装置进行焊接的复杂形状焊缝的示意图；
图6为实施例1中焊接完成后的焊缝照片；
图7为实施例2中焊接完成后的焊缝照片；
图8为实施例3中焊接完成后的焊缝照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，一种激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤S110，将待焊接的两个板材10/30以对接的方式放置；
步骤S120，将一焊材20放置于两个板材10/30之间，焊材20与两个板材10/30贴合；
步骤S130，激光束50照射焊材20并沿焊材20移动，实现两个板材10/30的焊接。同时，采用惰性气体作为保护气40，防止焊接过程中，板材发生氧化。具体的，惰性气体可为氩气、氦气等。
上述激光焊接方法，通过在待焊接的两个板材10/30间预置焊材20，板材上无需开坡口，降低了装配精度要求，避免了装配时组对误差、加工误差以及操作失误造成的间隙过大而无法焊接或者焊接质量差的难题，保持了激光自熔焊的高质量、高精度、高稳定性的优点，有效地提高了生产效率。
本发明激光焊接方法，相对于现有的激光填丝焊，预先放置焊材20，避免焊接过程中进行送丝，一方面，防止焊材对熔池产生搅拌作用而破坏熔池的形成，另一方面，有效防止出现卡丝、粘丝、送丝角变化等一系列问题，保证焊接效果。此外，本发明激光焊接方法在焊接过程中无需配备自适应控制系统，有效降低成本、简化焊接工艺。
在步骤S120中，在焊材20放置于两个板材10/30后，可以通过夹具(未图示)将两个板材10/30固定于工作台上。从而确保焊接过程中，不会因两个板材10/30错位而影响焊接效果。
需要说明的是，在步骤S110前还包括用酒精清洗板材表面的步骤，防止板材表面脏污而影响焊接效果。
步骤S120中，焊材可以是金属丝或者金属条，焊材成分与板材的成分相近，以保证焊缝的材料成分与板材的材料成分的一致性，增强焊接强度。例如，当板材为不锈钢材质时，焊材应选用不锈钢丝或者不锈钢条。
步骤S130中，激光束可以是由半导体激光器产生。半导体激光器发射的激光束能量呈平顶型分布(hat型分布)，激光能量均匀，焊材表面受热均匀，焊接过程较平稳；同时，半导体激光器的光斑较大，从而焊材的受热面积大，便于大间隙工件的焊接。
当进行较薄板材的焊接时，比如，板材厚度小于2.0mm，半导体激光器的功率为1800W～2500W，半导体激光器的功率小于2500W，以防止激光束功率过大而穿透板材。半导体激光器的功率大于1800W，以保证焊材在一定时间内完全熔化。
进一步地，为保证焊接效果，需要根据半导体激光器的功率调整焊接速度，具体的，半导体激光器的焊接速度为20mm/s～30mm/s。
焊材与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm，焊材的厚度大于板材的厚度，保证待焊接的两个板材的间隙被完全填充，同时，焊材与板材的厚度差值需要控制在0.1mm～0.3mm范围内，控制焊缝的余高以便后续的抛光加工等。
请参阅图3和图4，一种激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤S210，将待焊接的两个板材10/30以对接的方式放置；
步骤S220，在两个板材10/30的连接处的底部设置一衬垫60，通过送料装置70将颗粒状焊材80放置于衬垫60和两个板材10/30围合形成的容纳槽中；
步骤S230，激光束50照射颗粒状焊材80并沿容纳槽移动，将两个板材10/30焊接在一起。同时，对焊接位置吹送惰性气体40，惰性气体40的气流量小于20L/min，惰性气体40的气流量不宜过大，防止颗粒状焊材被吹散导致焊接过程不稳定。
上述激光焊接方法，通过在待焊接的两个板材间预置颗粒状焊材，板材上无需开坡口，降低了装配精度要求，避免了装配时组对误差、加工误差以及操作失误造成的间隙过大而无法焊接或者焊接质量差的难题，保持了激光自熔焊的高质量、高精度、高稳定性的优点，有效地提高了生产效率。
进一步地，如图5所示，上述激光焊接方法可用于形成具有复杂结构的焊缝，例如波浪形、多段线或弧形形焊缝。颗粒状焊材尺寸小，容易铺展在复杂形状焊缝中，工艺简单、焊接过程稳定。
颗粒状焊材的材质与板材的材质组分相近，以保证焊缝的材料成分与板材的材料成分的一致性，增强焊接强度。
颗粒状焊材的堆积高度与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm。颗粒状焊材的堆积高度大于板材的厚度，保证待焊接的两个板材的间隙被完全填充，同时，颗粒状焊材的堆积高度与板材的厚度差值需要控制在0.1mm～0.3mm范围内，控制焊缝的余高以便后续的抛光加工等。
实施例1
选用的不锈钢薄板的厚度为1.2mm，用酒精清洗不锈钢薄板的表面。将两块不锈钢薄板对接放置，如图2所示结构，两块不锈钢薄板的间隙为0.6mm。将焊材放置于两个不锈钢薄板之间，焊材与板材贴合，通过夹具将不锈钢薄板固定于工作台上，焊材高度为1.3mm。进行激光焊接，激光功率为1800W，焊接速度为20mm/s，激光束的焦点位于焊材上表面，采用45°侧吹氩气，气流量25L/min。
焊接完成后，焊缝成型如图6所示，由图可知，焊缝表面平整、无飞溅，有少量余高便于后续加工，焊缝背面成型稳定。未加条形焊材部分(图6中线框所示区域)作为对比，大间隙未填充、焊不上。
实施例2
选用的不锈钢薄板的厚度为1.2mm，用酒精清洗不锈钢薄板的表面。
将两块不锈钢薄板对接放置，呈图2所示结构，两块不锈钢薄板的间隙为0.8mm。
将焊材放置于两个不锈钢薄板之间，焊材与板材贴合，通过夹具将不锈钢薄板固定于工作台上，焊材高度为1.5mm。
进行激光焊接，激光功率为1800W，焊接速度为20mm/s，激光束的焦点位于焊材上表面，采用45°侧吹氩气，气流量25L/min。
焊接完成后，焊缝成型如图7所示，由图可知，焊缝表面平整、无飞溅，有少量余高便于后续加工，焊缝背面成型稳定。未加条形焊材部分(图7中线框所示区域)作为对比，大间隙未填充、焊不上。
实施例3
选用的不锈钢薄板的厚度为1.2mm，用酒精清洗不锈钢薄板的表面。
将两块不锈钢薄板对接放置，呈图4所示结构，两块不锈钢薄板的间隙为0.8mm。
在两个不锈钢薄板的连接处的底部设置一个衬垫，通过送料装置在衬垫和两个不锈钢薄板围合形成的容纳槽中放入颗粒状焊材，颗粒状焊材的堆积高度为1.4mm，通过夹具将两个不锈钢薄板固定于工作台上。
进行激光焊接，激光功率为1800W，焊接速度为20mm/s，激光束的焦点位于焊材上表面，采用45°侧吹氩气，气流量15L/min。
焊缝成型如图8所示，由图可知，焊缝表面平整、无飞溅，有少量余高便于后续加工，焊缝背面成型稳定。未加条形焊材部分(图8中线框所示区域)作为对比，大间隙未填充、焊不上。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待焊接的两个板材以对接的方式放置；
将一焊材放置于两个所述板材之间，所述焊材与两个所述板材贴合；
激光束照射所述焊材并沿所述焊材移动，将两个所述板材焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束由半导体激光器产生。
3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述半导体激光器的功率为1800W～2500W。
4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述焊材与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm。
5.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束照射所述焊材并沿所述焊材中心移动的过程中对焊接位置吹送惰性气体。
6.一种激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待焊接的两个板材以对接的方式放置；
在两个所述板材的连接处的底部设置一衬垫，将颗粒状焊材放置于所述衬垫和两个所述板材围合形成的容纳槽中；
激光束照射所述颗粒状焊材并沿所述容纳槽移动，将两个所述板材焊接在一起。
7.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束由半导体激光器产生，且所述半导体激光器的功率为1800W～2500W。
8.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束照射所述颗粒状焊材并沿所述容纳槽移动的过程中对焊接位置吹送惰性气体。
9.根据权利要求8所述的激光焊接方法，其特征在于，所述惰性气体的气流量小于20L/min。
10.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述颗粒状焊材的堆积高度与板材的厚度的差值为0.1mm～0.3mm。
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