CN109719388B - 一种白亮焊点的加工方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接方法领域，具体涉及一种白亮焊点的加工方法以及系统，所述加工方法具体包括以下步骤：对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。经过第一次激光扫射后，形成粗糙焊点，随后再进行两次激光扫射，以将焊接时所产生的氧化物层清除，从而达到使焊点表面光滑、白亮的目的。

Description

一种白亮焊点的加工方法以及系统

技术领域

本发明涉及焊接方法领域，具体涉及一种白亮焊点的加工方法以及系统。

背景技术

不锈钢集高强度、耐腐蚀、焊接性好等诸多优良特性于一身，备受工业界的青睐，由此，不锈钢的激光焊接工艺也得到广泛应用，例如，应用于汽车、电子等制造行业。随着人们生活品质的不断提高，对不锈钢制品的需求也越来越大，作为一种综合性能优良的钢种，不锈钢的应用将进一步深入到国民生活的各个领域，与此同时，生产现场对不锈钢的激光焊接工艺的要求也必将越来越高。

目前，采用传统的毫秒级激光器焊接不锈钢虽可获得力学性能满足实际需求的焊点，但在焊接过程中，如无气体保护，高温熔融金属裸露在空气中会与氧气发生化学反应继而生成一层薄薄的氧化层，随氧化程度的不同，其在肉眼下分别呈现出黄、蓝、黑等几种颜色。因此在外观要求较高的场合，通常会采用氩气、氮气等电离能较高的气体对焊点进行保护，以获取与母材表面相当或更为白亮的焊点效果。氮气是工业生产中常用的焊接保护气体，具有较高的性价比，但即便如此，对于生产企业来说也是一笔不小的开支，此外，针对气路问题所涉及到的治具设计成本还需另外考虑。

因此，从节约成本的角度出发，设计一种白亮焊点的加工方法以及系统，能够在不吹保护气体的情况下而获得接近吹保护气的焊点表面效果，已成为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，提供一种白亮焊点的加工方法以及系统，解决在焊接过程中需要添加保护气体才能形成白亮焊点的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种白亮焊点的加工方法，所述加工方法具体包括以下步骤：

对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；

对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；

对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。

其中，较佳方案是，所述工件包括上层钢材和下层钢材，所述加工方法还包括以下步骤：

在上层钢材形成白亮焊点之后，夹具固定下层钢材，测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

其中，较佳方案是，所述加工方法还包括以下步骤：

将上层钢材放置在下层钢材的上方；

增加压力，使上层钢材和下层钢材贴合设置，并且上层钢材和下层钢材之间无间隙。

其中，较佳方案是，所述加工方法还包括以下步骤：

擦拭上层钢材和下层钢材的表面，去除杂质。

其中，较佳方案是，所述加工方法还包括以下步骤：

激光器产生的激光通过光纤传输到振镜上，振镜将激光聚焦到工件的待焊区域，进行焊接，形成初始焊点，其中，振镜的摆动焊接速度范围为100mm/s至300mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为60W至70W。

其中，较佳方案是，所述加工方法还包括以下步骤：

激光器产生的激光通过光纤传输到振镜上，振镜将激光聚焦到初始焊点，进行第一次清扫，并且第一次清扫的面积不大于初始焊点的面积，形成平滑焊点，其中，振镜的摆动焊接速度范围为80mm/s至120mm/s，出光频率范围为3kHz至5kHz，功率范围为50W至70W。

其中，较佳方案是，所述加工方法还包括以下步骤：

激光器产生的激光通过光纤传输到振镜上，振镜将激光聚焦到平滑焊点，进行第二次清扫，并且第二次清扫的面积大于平滑焊点的面积，形成白亮焊点，其中，振镜的摆动焊接速度范围为800mm/s至1200mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为15W至20W。

其中，较佳方案是，所述振镜包括准直器和场镜，所述准直器的长度为75mm，所述场镜的焦距为160mm，经过振镜折射后的激光光斑的直径为0.04mm。

本发明还提供一种白亮焊点的加工系统，所述加工系统用于实现如上所述的加工方法，所述加工系统包括激光器和夹具，所述夹具固定工件，所述激光器对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；所述激光器对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；所述激光器对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。

其中，较佳方案是，所述加工系统还包括测试机，所述工件包括上层钢材和下层钢材，在白亮焊点形成之后，所述夹具固定下层钢材，所述测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

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白亮焊点的加工方法以及系统，经过第一次激光扫射后，形成粗糙焊点，随后再进行两次激光扫射，以将焊接时所产生的氧化物层清除，从而达到使焊点表面光滑、白亮的目的，能够在不通入保护气体的情况下，可获得相同效果的白亮焊点，完全满足实际生产需要；并且，在对工件进行焊接之前，需要压实上层钢材和下层钢材，避免造成虚焊或者飞溅等焊接缺陷。

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是本发明加工方法的流程框图；

图2是本发明检测工件的流程框图；

图3是本发明压合工件的流程框图；

图4是本发明擦拭工件的流程框图；

图5是本发明工件的示意图；

图6是本发明激光轨迹的示意图。

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至图6所示，本发明提供一种白亮焊点的加工方法的优选实施例。

具体地，参考图1，一种白亮焊点的加工方法，所述加工方法具体包括以下步骤：

步骤3、对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；

步骤4、对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；

步骤5、对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。

在本实施例中，采用红外纳秒激光器发射激光并经光纤传输到振镜，经过振镜聚焦后将激光射向工件。首先，在振镜中设定好焊接轨迹，并设定相关参数，随后，激光器将激光发射并传输到振镜上，振镜将激光聚焦到工件的待焊区域，并根据焊接轨迹对工件进行焊接，工件在无数个脉冲激光的作用下搅拌、熔合、相互嵌套，形成初始焊点，该初始焊点为粗糙、不平整焊点，其中，激光器采用第一参数，所述第一参数的焊接速度为快速，出光频率为高频，功率为高功率，详细地说，振镜的摆动焊接速度范围为100mm/s至300mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为60W至70W；随后，激光器再次将激光发射并传输到振镜上，振镜将激光聚焦到初始焊点，在相对低频的条件下进行第一次清扫，并且优选第一次清扫的面积不大于初始焊点的面积，形成平滑焊点，该平滑焊点为平整、不粗糙焊点，其中，激光器采用第二参数，所述第二参数的焊接速度为中速，出光频率为低频，功率为高功率，详细地说，振镜的摆动焊接速度范围为80mm/s至120mm/s，出光频率范围为3kHz至5kHz，功率范围为50W至70W；最后，激光器再次将激光发射并传输到振镜上，振镜将激光聚焦到平滑焊点，进行第二次清扫，并且优选第二次清扫的面积大于初始焊点的面积，图形为具有等间距连续、闭合的纵向线，直径大于初始焊点并超过其热影响区，形成白亮焊点，该白亮焊点几乎接近焊点在惰性气体保护下的白亮效果，具有金属光泽，满足生产实际需要，其中，激光器采用第三参数，所述第三参数的焊接速度为高速，出光频率为高频，功率为低功率，详细地说，振镜的摆动焊接速度范围为800mm/s至1200mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为15W至20W。值得一提的是，所述第一参数和第三参数的出光频率大于第二参数的出光频率，所述第一参数和第二参数的功率大于第三参数的功率。

进一步地，所述工件包括上层钢材和下层钢材，参考图2，所述加工方法还包括以下步骤：

步骤6、夹具固定下层钢材，测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

其中，在上层钢材形成白亮焊点之后，需要对工件进行质量检测。通过夹具固定下层钢材，该夹具需与下层钢材相匹配，再使用测试机夹住上层钢材并以设定拉力往上拉，若工件能够承受住设定拉力，即是不会发生上层钢材与下层钢材脱离的现象，表示工件的质量合格。当然，也有可能工件包括多层钢材，例如三层、四层等，可采用同样的操作，通过夹具固定底层钢材，再使用测试机夹住顶层钢材并以设定拉力往上拉，若工件能够承受住设定拉力，表示工件的质量合适。

再进一步地，参考图3，所述加工方法还包括以下步骤：

步骤21、将上层钢材放置在下层钢材的上方；

步骤22、增加压力，使上层钢材和下层钢材贴合设置，并且上层钢材和下层钢材之间无间隙。

其中，在对工件进行焊接操作之前，将上层钢材放置在下层钢材的上方，随后，为上层钢材提供压力，使上层钢材和下层钢材紧密贴合设置，确保上层钢材和下层钢材之间无间隙，或者，两者之间的间隙小于0.02mm，可忽略不计，从而在后续焊接操作时，避免造成虚焊或者飞溅等焊接缺陷。当然，也有可能工件包括多层钢材，例如三层、四层等，可采用同样的操作，将底层钢材放在最下面，其他层钢材依次放置在底层钢材的上方，随后，为顶层钢材提供压力，使所有层钢材紧密贴合设置。

更进一步地，参考图4，所述加工方法还包括以下步骤：

步骤1、擦拭上层钢材和下层钢材的表面，去除杂质。

其中，在对工件进行焊接操作之前，利用酒精或者丙酮等溶剂擦拭上层钢材和下层钢材的表面，去除上层钢材和下层钢材表面的油污、碎屑等杂质。当然，也有可能工件包括多层钢材，例如三层、四层等，可采用同样的操作，利用酒精或者丙酮等溶剂擦拭所有层钢材的表面。

在本实施例中，所述激光器在对工件焊接时的最大平均功率为70W，波长范围为1059nm至1065nm，单脉冲能量范围为0.07mJ至1mJ，脉冲宽度范围为10ns至240ns，峰值功率范围为7kW至13kW，所述振镜包括准直器、场镜及电机，所述准直器的长度为75mm，所述场镜的焦距为160mm，经过振镜聚焦后的激光光斑的直径为0.04mm。值得一提的是，所述场镜平行于上层钢材的表面，并且正对着上层钢材的焦点平面。

在此，参考图5和图6，提供一种白亮焊点的加工方法用于不锈钢材的具体实施例。

首先，参考图5，准备所需尺寸的不锈钢材，该不锈钢材设有两层，为上层钢材2和下层钢材3，上层钢材2的厚度为0.1mm，下层钢材3的厚度为0.5mm，两者的长和宽均是4mm，使用酒精将上层钢材2和下层钢材3的表面清洗干净，并放置一会，直至表面干燥，保证上层钢材2和下层钢材3的表面均无杂质。随后，采用工装夹具将上层钢材2和下层钢材3压紧、贴好，确保上层钢材2和下层钢材3之间的间隙小于0.02mm。随后，在振镜中设定焊接轨迹，该焊接轨迹为圆形，直径为0.25mm，例如图6中的11，并设定参数，该参数包括振镜的摆动焊接速度为240mm/s，出光频率为999kHz，功率为65W，值得一提的是，对于所有类型的工件而言，上述参数也是后续进行焊接时候的最佳参数，激光器发射激光，所述振镜依照焊接轨迹和参数将激光扫描到上层钢材2上，进行焊接，在扫描过程中，由于高速的出光频率及速度对不锈钢材产生连续的热冲击，上层钢材2和下层钢材3在无数个脉冲的作用下搅拌、融合、相互嵌套，形成熔池，成型焊点，该焊点为粗糙焊点。之后，在振镜中设定焊接轨迹，该焊接轨迹为螺旋形，直径为0.25mm，螺旋间距为0.04mm，例如图6中的12，并设定参数，该参数包括振镜的摆动焊接速度为100mm/s，出光频率为4kHz，功率为50W至70W，值得一提的是，对于所有类型的工件而言，上述参数也是后续进行第一次清扫时候的最佳参数，激光器发射激光，所述振镜依照焊接轨迹和参数将激光扫描到上层钢材2上，进行第一次清扫，使得焊点变得光滑平整。然后，在振镜中设定焊接轨迹，该焊接轨迹为仿圆，直径为0.36mm，纵向线间距为0.02mm，例如图6中的13，并设定参数，该参数包括振镜的摆动焊接速度为120mm/s，出光频率为999kHz，功率为15W至20W，值得一提的是，对于所有类型的工件而言，上述参数也是后续进行第二次清扫时候的最佳参数，激光器发射激光，所述振镜依照焊接轨迹和参数将激光扫描到上层钢材2上，进行第二次清扫，使得焊点变得白亮。完成白亮焊点的焊接后，参考图5，对焊点进行拉力测试，F为拉力方向，结果表明，单点拉力稳定在1kg，而采用电子放大镜观察焊点，发现焊点表面光滑白亮，与吹惰性气体后的焊点表面非常接近，焊点质量高，能够满足生产需求。

本发明还提供一种白亮焊点的加工系统的较佳实施例。

具体地，一种白亮焊点的加工系统，所述加工系统用于实现如上所述的加工方法，所述加工系统包括激光器和夹具，所述夹具固定工件，所述激光器对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；所述激光器对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；所述激光器对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。通过三次激光扫描后，形成的焊点光滑白亮，与吹惰性气体后的焊点表面非常接近，能够满足生产需求。

进一步地，所述加工系统还包括测试机，所述工件包括上层钢材和下层钢材，在白亮焊点形成之后，所述夹具固定下层钢材，所述测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

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)

1.一种白亮焊点的加工方法，其特征在于，所述加工方法具体包括以下步骤：

激光器采用第一参数，对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；

激光器采用第二参数，对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，并且第一次清扫的面积不大于初始焊点的面积，形成平滑焊点；

激光器采用第三参数，对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点；

其中，所述第一参数的焊接速度范围为100mm/s至300mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为60W至70W，所述第二参数的焊接速度范围为80mm/s至120mm/s，出光频率范围为3kHz至5kHz，功率范围为50W至70W，所述第三参数的焊接速度范围为800mm/s至1200mm/s，出光频率范围为990kHz至1000kHz，功率范围为15W至20W。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述工件包括上层钢材和下层钢材，所述加工方法还包括以下步骤：

在上层钢材表面形成白亮焊点之后，夹具固定下层钢材，测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括以下步骤：

将上层钢材放置在下层钢材的上方；

增加压力，使上层钢材和下层钢材贴合设置，并且上层钢材和下层钢材之间无间隙。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括以下步骤：

擦拭上层钢材和下层钢材的表面，去除杂质。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括以下步骤：

所述第二参数的焊接速度为100mm/s，出光频率为4kHz，功率为50W至70W。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，激光器产生的激光通过光纤传输到振镜上，振镜将激光聚焦到工件的待焊区域，所述振镜包括准直器和场镜，所述准直器的长度为75mm，所述场镜的焦距为160mm，经过振镜聚焦后的激光光斑的直径为0.04mm。

7.一种白亮焊点的加工系统，其特征在于，所述加工系统用于实现如权利要求1至6任一所述的加工方法，所述加工系统包括激光器和夹具，所述夹具固定工件，所述激光器对着工件的待焊区域发射激光，进行焊接，形成初始焊点；所述激光器对着初始焊点发射激光，进行第一次清扫，形成平滑焊点；所述激光器对着平滑焊点发射激光，进行第二次清扫，形成白亮焊点。

8.根据权利要求7所述的加工系统，其特征在于，所述加工系统还包括测试机，所述工件包括上层钢材和下层钢材，在白亮焊点形成之后，所述夹具固定下层钢材，所述测试机往上拉上层钢材，若工件能承受设定拉力，表示工件合格。

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