CN108747017A - 一种形成余高的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种形成余高的激光焊接方法，所述激光焊接方法包括以下步骤：在焊缝中确定焊接方向；沿着焊接方向对焊缝发射激光光束以及吹入保护气体，其中，激光光束的发射方向和保护气体的吹入方向分别与焊接方向相反，并且，激光光束的发射方向与焊接方向呈第一设定角度，保护气体的吹入方向与焊接方向呈第二设定角度；直至形成余高。无需任何填充材料，针对不同结构件的焊接需求，改变熔池流动促使液态金属堆积，凝固冷却后形成具有合适余高的焊缝，保证后续能够高效加工，获得平整、光滑、无焊接痕迹的效果。

Description

一种形成余高的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种形成余高的激光焊接方法。

背景技术

随着全球市场对高品质零件需求的日益增大，人们对可以提高零件精度的激光无缝焊接技术越来越青睐。激光焊接技术作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，由于具有其他熔焊方法无法比拟的优势越来越受到人们的关注和认可，已经取得长足的发展并成功应用到机械制造、航空航天、新能源汽车制造、消费电子等工业领域。

激光焊接作为工业产品中一种精密的连接方式，在保证焊接质量的前提下，获得更好的焊缝外观将极大地提高产品的竞争力。而为了获得良好的产品外观，通常需要对焊后的产品进行打磨、拉丝等后工序处理以获得良好的外观质量。

目前，保证焊后余高成为主要研究的对象，增加焊缝余高的一种方式为填丝焊，虽然填丝可以很好的控制焊缝余高，但增加了产品重量，同时送丝也增加了设备成本与材料成本。增加焊缝余高的另一种方式为自熔焊，但激光自熔焊时，由于激光光斑较小，能量密度集中，熔池温度迅速升高导致合金元素烧损，加之工件间隙的存在，使得容易出现焊缝塌陷，焊缝余高难以达到标准要求。

因此，设计一种形成余高的激光焊接方法，在无填充材料情况下，获得一定的焊缝余高，一直是本领域技术人员重点研究的问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种形成余高的激光焊接方法，解决在焊缝处无填充材料情况下，获得一定的焊缝余高的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种形成余高的激光焊接方法，所述激光焊接方法包括以下步骤：在焊缝中确定焊接方向；沿着焊接方向对焊缝发射激光光束以及吹入保护气体，其中，激光光束的发射方向和保护气体的吹入方向分别与焊接方向相反，并且，激光光束的发射方向与焊接方向呈第一设定角度，保护气体的吹入方向与焊接方向呈第二设定角度；直至在焊缝中均形成余高。

其中，较佳方案是，所述激光焊接方法包括以下步骤：将所要形成的余高分成多道；在每形成一道余高后，将激光光束离焦设定距离。

其中，较佳方案是，所述激光焊接方法具体包括以下步骤：沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，并且控制激光光束的焊接速度在10mm/s至40mm/s之间。

其中，较佳方案是，所述激光焊接方法还包括以下步骤：沿着焊接方向对焊缝发射激光光束之前，用酒精擦拭焊缝。

其中，较佳方案是，所述第一设定角度为60°至80°之间，所述第二设定角度为15°至30°之间，所述保护气体的气流量为15L/min至25L/min之间。

其中，较佳方案是，所述第一设定角度为10°至30°之间，所述第二设定角度为30°至45°之间，所述保护气体的气流量为5L/min至15L/min之间。

其中，较佳方案是，所述设定距离为5mm至20mm之间。

其中，较佳方案是，所述保护气体为氩气。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种形成余高的激光焊接方法，在保证装配间隙小于0.1mm的前提下，无需任何填充材料，针对不同结构件的焊接需求，改变熔池流动促使液态金属堆积，凝固冷却后形成具有合适余高的焊缝，保证后续能够高效加工，获得平整、光滑、无焊接痕迹的效果；同时，在焊缝处通入保护气体，避免局部温度过高；另外，限定了激光光束的发射角度以及保护气体的吹入角度，进一步地保证了能够获得合适余高的焊缝。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一种形成余高的激光焊接方法的流程框图；

图2是本发明熔池平衡的示意图；

图3是本发明第一种形成余高的激光焊接的示意图；

图4是本发明第二种形成余高的激光焊接方法的流程框图；

图5是本发明第二种形成余高的激光焊接的示意图；

图6是本发明进行激光焊接的流程框图；

图7是本发明酒精擦拭焊接物体的流程框图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1、图2、图3、图6和图7所示，本发明提供一种形成余高的激光焊接方法的优选实施例。

具体地，并参考图1，一种形成余高的激光焊接方法，所述激光焊接方法包括以下步骤：

步骤A10、在焊缝中确定焊接方向；

步骤A21、沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，激光光束的发射方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第一设定角度；

步骤A22、沿着焊接方向对焊缝吹入保护气体，保护气体的吹入方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第二设定角度；

步骤A30、直至在焊缝中均形成余高。

其中，参考图2，焊缝4中的余高3是通过激光焊接实现，激光光束1发射到焊接物体上，由于匙孔为气态，熔池为液态，以及焊接物体为固态，三者相互作用，熔池内在反冲压力、热毛细力及表面张力下，液体发生流动，并通过气压作用，破坏原有的平衡，使液态金属沿气压方向流动形成堆积，并通过气体带走热量，使快速冷却凝固形成余高3。

参考图3，首先在需要进行焊接操作的焊缝4中确定焊接方向，所述焊接方向沿着焊缝4延伸确定，而本实施例中的焊接方向即是如图3所示的B至A方向；随后，采用大光斑的激光光束1作为热源，并将激光光束1沿着焊接方向对焊缝4发射，所述激光光束1的发射方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第一设定角度；同时，对着焊缝4吹入保护气体2，保护气体2的吹入方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第二设定角度，使得焊缝4的液态金属向焊接方向的相反方向流动；保持激光光束1的发射以及保护气体2的吹入一段时间，液态金属冷却凝固，此时在焊缝4中能够获得较小的余高3。

更具体地，并参考图6，所述激光焊接方法具体包括以下步骤：

步骤20、沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，并且控制激光光束的焊接速度在10mm/s至40mm/s之间。

其中，并参考图3，在朝向焊接物体的焊缝4发射激光光束时，所述激光光束的焊接速度选择低速，维持在10mm/s至40mm/s之间，保证液态金属有足够的熔化时间，并且使得液态金属在保护气体2的吹动下有足够的时间能够流动到熔池后方，从而最终液态金属能够冷却凝固，在焊缝4中能够获得较小的余高3。

进一步地，并参考图7，所述激光焊接方法还包括以下步骤：

步骤15、用酒精擦拭焊缝。

其中，在对焊接物体进行激光焊接之前，使用酒精擦拭焊接物体的表面，特别是擦拭焊接物体上的焊缝4，使焊接物体的表面光滑无杂质，便于后续的激光的照射。

在本实施例中，所述第一设定角度为60°至80°之间，所述第一设定角度可以并非固定不变的，为一范围值，在激光光束发射的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在激光光束发射的过程中保持不变。所述第二设定角度为15°至30°之间，所述第二设定角度可以并非固定不变的，为一范围值，在激光光束发射的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在激光光束发射的过程中保持不变。所述保护气体2的气流量为15L/min至25L/min之间，所述气流量可以并非固定不变的，为一范围值，在保护气体吹入的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在保护气体吹入的过程中保持不变。

优选地，所述保护气体2为氩气。采用氩气作为保护气体2有以下优点：①、使焊缝平整，电弧稳定；②、减小熔深；③、对铝和镁母材的表面进行清理；④、成本较低，实用性强；⑤、氩气的流动性速度较低，保护作用比氦气好；⑥、由于氩气比空气重，适合于在空气对流环境中应用；⑦、比采用氦气时，起弧容易。另外，将氩气和氦气进行对比时，氩的相对原子质量为40，是氦的4倍，因此氦气比空气轻，易于流动并远离焊缝熔池，使熔池失去保护作用；而氩气与空气质量比较接近，因此具有良好的焊接熔池覆盖性。

具体地，提供一种基于外力作用的激光焊接方法用于1.2mm厚的SUS304不锈钢板的实施例。

在对不锈钢板进行激光焊接之前，使用酒精擦拭不锈钢板的表面，清除表面的杂质，并控制板件间隙≤0.1mm，对接板水平方向高度一致无位错；随后，采用大光斑的激光光束1作为热源，沿着焊接方向朝向不锈钢板的焊缝4进行焊接，此时激光光束1的入射角度与焊接方向呈60°，激光光束1的功率为1400W，并且激光光束1射向焊缝4的焦点位置，以及焊接速度维持在20mm/s；同时，采用氩气作为保护气体2，朝向焊缝4进行吹气，此时保护气体2的吹入角度与焊接方向呈20°，保持气流量为20L/min；持续朝向焊缝4发射激光光束1以及吹入保护气体2一段时间后，在焊缝4中形成余高3，并且焊缝4表面光滑无飞溅、无塌陷，获得0.1mm左右的余高3。

如图4至图7所示，本发明还提供一种形成余高的激光焊接方法的较佳实施例。

具体地，并参考图4，一种形成余高的激光焊接方法，所述激光焊接方法包括以下步骤：

步骤B10、在焊缝中确定焊接方向；

步骤B20、将所要形成的余高分成多道；

步骤B31、沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，激光光束的发射方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第一设定角度；

步骤B32、沿着焊接方向对焊缝吹入保护气体，保护气体的吹入方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第二设定角度；

步骤40、在每形成一道余高后，将激光光束离焦设定距离；

步骤50、直至在焊缝中均形成余高。

其中，并参考图5，首先在需要进行焊接操作的焊缝4中确定焊接方向，所述焊接方向沿着焊缝4延伸确定，而本实施例中的焊接方向即是如图5所示的B至A方向；随后，沿着焊接方向，在焊缝中4将所要形成的余高3分成多道，再采用大光斑的激光光束1作为热源，并将激光光束1朝向焊缝4的焦点位置发射，所述激光光束1的发射方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第一设定角度；同时，朝向焊缝4的焦点位置吹入保护气体2，保护气体2的吹入方向与焊接方向相反，并与焊接方向呈第二设定角度，使得焊缝的液态金属向焊接方向的相反方向流动；在形成第一道余高3后，将激光光束1离焦一设定距离，再次朝向位于第二道焊缝4的焦点位置以第一设定角度发射激光光束，以及再次朝向焊缝4的焦点位置以第二设定角度吹入保护气体2；往复循环，直至在焊缝4中均形成余高3。

值得一提的是，在每次进行离焦操作时，离焦的设定距离不一定相等，例如，在形成第一道余高3后，进行第一次离焦，此时离焦距离为5mm；而后，再进行焊接以及吹气操作，在形成第二道余高3后，进行第二次离焦，此时离焦距离为6mm，依此类推。

有一特殊情况，将所要形成的余高3只分成两道，将在形成第一道余高3后，离焦一设定距离，随后不再进行离焦操作，直接进行焊接以及吹气操作，直至在焊缝4中均形成余高3。

对焊缝4进行多次激光焊接以及吹入气体具有缓冷的作用，对细化晶粒、减少焊接应力起很大作用，同时也使得焊缝4气孔上浮，将气孔、杂质等聚集在余高3处，随后通过打磨即可去除余高3处的气孔、杂质等；另外，对焊缝4进行多次焊接操作以及吹气操作能够使得焊接范围增大，熔化的金属材料增多，从而实现较小的余高3。需要注意的是，若是采用多次焊接的方式，其焊接热变形倾向相对较大，需要固定好焊接物体，以防止热变形。

更具体地，并参考图6，所述激光焊接方法具体包括以下步骤：

步骤20、沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，并且控制激光光束的焊接速度在10mm/s至40mm/s之间。

其中，并参考图5，在朝向焊接物体的焊缝4发射激光光束时，所述激光光束的焊接速度选择低速，维持在10mm/s至40mm/s之间，保证液态金属有足够的熔化时间，并且使得液态金属在保护气体2的吹动下有足够的时间能够流动到熔池后方，从而最终液态金属能够冷却凝固，在焊缝4中能够获得较小的余高3。

进一步地，并参考图7，所述激光焊接方法还包括以下步骤：

步骤15、用酒精擦拭焊缝。

其中，在对焊接物体的焊缝4进行激光焊接之前，使用酒精擦拭焊接物体的表面，特别是擦拭焊接物体上的焊缝4，使焊接物体的表面光滑无杂质，便于后续的激光的照射。

在本实施例中，所述第一设定角度为10°至30°之间，所述第一设定角度可以并非固定不变的，为一范围值，在激光光束发射的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在激光光束发射的过程中保持不变。所述第二设定角度为30°至45°之间，所述第二设定角度可以并非固定不变的，为一范围值，在激光光束发射的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在激光光束发射的过程中保持不变。所述保护气体2的气流量为5L/min至15L/min之间，所述气流量可以并非固定不变的，为一范围值，在保护气体吹入的过程中不断变化，亦可以为固定不变的，在保护气体吹入的过程中保持不变。

优选地，所述设定距离为5mm至20mm之间，即是说，在每次形成余高3后，将激光光束1离焦一段距离，该距离的范围在5mm至20mm之间。

优选地，所述保护气体2为氩气。采用氩气作为保护气体2有以下优点：①、使焊缝平整，电弧稳定；②、减小熔深；③、对铝和镁母材的表面进行清理；④、成本较低，实用性强；⑤、氩气的流动性速度较低，保护作用比氦气好；⑥、由于氩气比空气重，适合于在空气对流环境中应用；⑦、比采用氦气时，起弧容易。另外，将氩气和氦气进行对比时，氩的相对原子质量为40，是氦的4倍，因此氦气比空气轻，易于流动并远离焊缝熔池，使熔池失去保护作用；而氩气与空气质量比较接近，因此具有良好的焊接熔池覆盖性。

具体地，提供一种基于多次焊缝的激光焊接方法用于1.0mm厚的SUS304不锈钢电视边框的实施例。

在对不锈钢电视边框进行焊接之前，使用酒精擦拭不锈钢电视边框的表面，清除表面的杂质，并保证对接板水平方向高度一致无位错；随后，采用大光斑的激光光束1作为热源，沿着焊接方向对不锈钢电视边框的焊缝4进行激光焊接，此时激光光束1的入射角度与焊接方向呈15°，激光光束1的功率为800W，并且激光光束射向焊缝4的焦点位置，以及焊接速度维持在30mm/s；同时，采用氩气作为保护气体，朝向焊缝4进行吹气，此时保护气体2的吹入角度与焊接方向呈45°，保持气流量为5L/min；形成第一道余高3后，将激光光束1离焦5mm，为形成第二道余高3继续焊接；在每次形成余高3后，均将激光光束1离焦5mm，再射入激光光束1和吹入保护气体2；重复操作，直至形成五道余高3，此时得到的余高3较小，焊缝4表面光滑无飞溅、无塌陷，实现无缝焊接的效果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种形成余高的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法包括以下步骤：

在焊缝中确定焊接方向；

沿着焊接方向对焊缝发射激光光束以及吹入保护气体，其中，激光光束的发射方向和保护气体的吹入方向分别与焊接方向相反，并且，激光光束的发射方向与焊接方向呈第一设定角度，保护气体的吹入方向与焊接方向呈第二设定角度；

直至在焊缝中均形成余高。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法包括以下步骤：

将所要形成的余高分成多道；

在每形成一道余高后，将激光光束离焦设定距离。

3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法具体包括以下步骤：

沿着焊接方向对焊缝发射激光光束，并且控制激光光束的焊接速度在10mm/s至40mm/s之间。

4.根据权利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法还包括以下步骤：

沿着焊接方向对焊缝发射激光光束之前，用酒精擦拭焊缝。

5.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第一设定角度为60°至80°之间，所述第二设定角度为15°至30°之间，所述保护气体的气流量为15L/min至25L/min之间。

6.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第一设定角度为10°至30°之间，所述第二设定角度为30°至45°之间，所述保护气体的气流量为5L/min至15L/min之间。

7.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于：所述设定距离为5mm至20mm之间。

8.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于：所述保护气体为氩气。