CN109909629B - 基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺，包括以下步骤：S1,设置喷沙机、清洁装置、单模光纤激光器及四轴工控机；S2,设置充电桩，对充电桩进行机加工及装配处理；S3,通过喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理；S4,通过清洁装置对喷沙处理后的充电桩插头中母排与铜柱进行清洁；S5,通过单模光纤激光器对清洁后的充电桩插头中母排与铜柱进行焊接，所述焊接工艺于所述机电一体化水冷工装内操作完成；通过本发明所述焊接工艺对新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱进行焊接，激光的吸率可达90％以上同时对激光吸的均匀性几乎达到100％，表面几乎无氧化、无飞溅、熔池很深、满足充电桩焊接熔深、拉拔力及电阻率的要求。

Description

基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺

技术 领域

本发明属于紫铜激光焊接工艺技术领域，尤其涉及基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺。

背景技术

充电桩材料(纯铜C11000)有良好的导电、导热、耐腐蚀和加工性能且可以焊接。杂质较少,微量的氧对导电、导热和加工等性能影响小，易引起“氢脆”，不宜在高温(如＞370℃)还原性气体中加工。纯铜密度高，塑性好，可加工性好，具有优良的导电性、导热性。大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花、大功率电器连接件、大功率插头等要求导电性良好的产品。传统的应用于黑色金属的激光焊接方法焊接紫铜并不能达到工业上高效、无缺陷、产品一致性好、焊后保证工件的精度的要求。伴随科技不断的进步在各个领域对紫铜的焊接有更高精尖的要求。

传统的紫铜焊接方法的缺点：1.氧乙炔焊、焊条电弧焊及氩弧焊，焊接热传导热量太大，焊口应力大、焊口氧化严重，焊后外形尺寸发生严重的变形，完全不能满足现代充电桩插头的尺寸精度的要求；2.真空电子束焊，在真空内焊接成本高生产效率极低；3.钎焊，效率低、成本高、不能保证产品的精度、焊后电阻率增大很难控制产品的一致性、且电器插头不允许使用钎焊法；4.多模连续激光焊，焊接时飞溅和发热量大而导致产品氧化严重并且外观凹凸不平； 5.其他类的10000W多模光纤激光器或3000W以上单模光纤激光器集成焊机，价格昂贵。

紫铜本身理化性能带来的焊接困难：1.过热氧化:由于紫铜有良好的热导率给焊接带来更大的困难并且氧化严重，这就需要采用高峰值功率、高能量密度的激光焊接工艺；2.反射率高：紫铜对激光的反射率约80-95％,1KW的激光能量作用在激光上90％以上的能量被反射走；3.热导率大：紫铜的热导率大(导热系数为386W/m.K，约为钢铁的7.8倍)；4.极高的能量密度：要求极高的能量输入密度，如果采用激光焊接要求能量密度在10⁸w/cm²以上，并且多模激光器的功率要10000W以上；但紫铜用激光焊接时对激光的反射率高达80-95％，极易因激光的反射返回光纤造成光纤不可逆烧毁；5.熔深的不确定性：即便使用激光焊随着焊接不断的进行，焊接过程中工件温度会逐步升高，随着温度的升高紫铜的对激光吸收率也增高进而导致熔池不断加深同时因对激光吸收率的不确定性而导致大量的飞溅及外观凹凸不平，这就产生了焊接件熔池的不一致性。

发明内容

本发明为解决公知方法存在的方法问题而提供基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺。

本发明为解决公知方法存在的方法问题所采取的方法方案是:基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤： S1,设置喷沙机、清洁装置、单模光纤激光器及四轴工控机；所述清洁装置包括超声波清洗机及干燥机，所述单模光纤激光器包括电气控制装置、谐振腔体、反射监控传感器、焊接工艺软件包及机电一体化水冷工装；S2,设置充电桩，对充电桩进行机加工及装配处理；S3,通过喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理；S4,通过清洁装置对喷沙处理后的充电桩插头中母排与铜柱进行清洁，首先通过超声波清洗机进行清洗，然后通过干燥机进行干燥；S5, 通过单模光纤激光器对清洁后的充电桩插头中母排与铜柱进行焊接，所述焊接工艺于所述机电一体化水冷工装内操作完成。

进一步的，所述四轴工控机上设有CNC数控系统，所述单模光纤激光器、所述焊接工艺软件包及所述机电一体化水冷工装集成于所述四轴工控机上的 CNC数控系统上。

进一步的，所述步骤S2中机加工好的充电桩通过过盈配合方式安装，且充电桩的倒角焊接处做机加工时无“V”型坡口或倒角。

进一步的，所述步骤S3中喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理分为第一次喷沙处理及第二次喷沙处理，所述第一次喷沙处理为喷粗沙去氧化膜，第二次喷沙处理为喷细沙表面精确处理。

进一步的，所述机电一体化水冷工装由右工位上下压紧连杆机构、前后压紧气缸、上下压紧气缸左右气缸、左工位上下压紧连杆机构、前后移动压紧模、固定压紧模、左导柱、右导柱、上下压机构连杆支架、前后移动压紧模双通道水冷孔、固定压紧模双通道水冷孔、左工位焊接位及右工位焊接位组成。

进一步的，所述机电一体化水冷工装分为左工位与右工位；其中，左工位工作时，首先左工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入左工位工装内，之后左工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，左工位焊接完成取出；其中，右工位工作时，首先右工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入右工位工装内，之后右工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，右工位焊接完成取出。

进一步，所述反射监控传感器，监测到高反射信号，所述单模光纤激光器自动关闭。

进一步，所述焊接工艺软件为功率波形可任意编程调制模式的激光输出控制焊接工艺软件包，由激光爬坡、任意可编程输出、PID控制、激光的内部编程及首脉冲输出组成。

本发明具有的优点和积极效果如下：

(1)焊缝处表面做200目喷沙处理除去表面难熔的光亮氧化膜。喷沙后由于表面形成了均匀几微米的小“凹凸”点刚好产生了对激光的慢反射，这种经表面喷沙处理的焊接面即除了难熔氧化膜同时又达到了对激光的吸收率的均匀性。经表面喷沙处理的除去氧化膜的焊接面经实验证明对激光的吸率可达90％以上同时对激光吸的均匀性几乎达到100％。

(2)功率波形可任意编程调制模式的激光输出控制焊接工艺软件包，其中，激光爬坡：激光输出功率的振幅和斜坡的开启和关闭，来满足各种焊接工艺要求；任意可编程输出：任意波形的编程输出，使激光输出的能量按需精细调节，提供特定应用工艺的焊接波形轮廓控制；内置PID控制：激光输出功率闭环控制，通过PID调节精细控制激光输出过程，提供稳定的焊接性能；内置程序：通过激光的内部编程功能，可以产生64种任意脉冲波形，通过软件内控直接应用，或者通过外部I/O接口直接调用；3-4倍的首脉冲输出，250ns窄脉宽，降低热影响区更好的防止产品焊接氧化。

(3)通过本发明所述焊接工艺焊接而成的紫铜焊接工件表面几乎无氧化、无飞溅、熔池很深(≥2.0mm)、满足充电桩焊接强度的要求。

(4)本发明所述焊接工艺使每个焊接点得到精确的能量控制，保证产品的焊接熔深一致性。

(5)本发明所述焊接工艺在生产过程中，可大批量规模生产，生产效率高，生产成本低，通过本焊接工艺焊接的产品精准度高，且外观精美。

附图说明

图1是本发明方法示意图；

图2是本发明单模光纤激光器组成结构示意图；

图3是本发明焊接工艺软件包组成结构示意图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合图1对本发明描述：基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1,设置喷沙机、清洁装置、单模光纤激光器及四轴工控机；所述清洁装置包括超声波清洗机及干燥机，所述单模光纤激光器包括电气控制装置、谐振腔体、反射监控传感器、焊接工艺软件包及机电一体化水冷工装；S2,设置充电桩，对充电桩进行机加工及装配处理； S3,通过喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理；S4,通过清洁装置对喷沙处理后的充电桩插头中母排与铜柱进行清洁，首先通过超声波清洗机进行清洗，然后通过干燥机进行干燥；S5,通过单模光纤激光器对清洁后的充电桩插头中母排与铜柱进行焊接，所述焊接工艺于所述机电一体化水冷工装内操作完成。

其中，所述四轴工控机上设有CNC数控系统，所述单模光纤激光器、所述焊接工艺软件包及所述机电一体化水冷工装集成于所述四轴工控机上的CNC数控系统上。所述步骤S2中机加工好的充电桩通过过盈配合方式安装，且充电桩的倒角焊接处做机加工时无“V”型坡口或倒角。所述步骤S3中喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理分为第一次喷沙处理及第二次喷沙处理，所述第一次喷沙处理为喷粗沙去氧化膜，第二次喷沙处理为喷细沙表面精确处理。所述机电一体化水冷工装由右工位上下压紧连杆机构、前后压紧气缸、上下压紧气缸左右气缸、左工位上下压紧连杆机构、前后移动压紧模、固定压紧模、左导柱、右导柱、上下压机构连杆支架、前后移动压紧模双通道水冷孔、固定压紧模双通道水冷孔、左工位焊接位及右工位焊接位组成。所述机电一体化水冷工装分为左工位与右工位；其中，左工位工作时，首先左工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入左工位工装内，之后左工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，左工位焊接完成取出；其中，右工位工作时，首先右工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入右工位工装内，之后右工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，右工位焊接完成取出。所述反射监控传感器，监测到高反射信号，所述单模光纤激光器自动关闭。所述焊接工艺软件为功率波形可任意编程调制模式的激光输出控制焊接工艺软件包，由激光爬坡、任意可编程输出、PID控制、激光的内部编程及首脉冲输出组成。

本发明中通过两次喷沙表面处理改变产品的表面光洁度，使激光能量得到准确完整吸收，进而使焊接能量可精确控制，提高焊接的产品可靠性高，针对高端产品焊接有较好的适应性和一致性。焊缝处表面做200目喷沙处理除去表面难熔的光亮氧化膜。喷沙后由于表面形成了均匀几微米的小“凹凸”点刚好产生了对激光的慢反射，这种经表面喷沙处理的焊接面即除了难熔氧化膜同时又达到了对激光的吸收率的均匀性。经表面喷沙处理的除去氧化膜的焊接面经实验证明对激光的吸率可达90％以上同时对激光吸的均匀性几乎达到100％。

本发明中单模光纤激光器高功率、高峰、高能量密度高，能量密度要达到 10⁸w/cm²的单模光纤激光器，极其抗高反射。光纤激光焊接机对反射激光具有多重保护，多重隔离处理，其中前端的QBH独特的CMS技术，去除99.5％的反射激光，后端的二次CMS技术的应用，对进入谐振腔反射光完全弱化处理；电气控制装置，对首脉冲进行放大，最大峰值功率达到平均功率的3.5倍，在纳秒级时间解除反射；谐振腔体设计，单模光纤激光器纤芯在反射功率小于激光输出功率的4％时候才能正常工作；反射监控传感器，监测高反射信号，激光噐会自动关闭通道，避免任何损伤

本发明中为了保证产品焊接过程冷却速度快，防止产品因过热而氧化，设置了机电一体化的自动化工装制具并且具有水冷功能，即机电一体化自动化水冷工装，激光焊接于所述机电一体化自动化水冷工装内完成。

本发明中由于紫铜对激光的反射率的不确定性及随着焊接过程中工件的温度逐渐升高熔深也会逐渐加深，通过焊接工艺软件包达到实时精确每一个点的效果，保证产品的焊接熔深一致性。功率波形可任意编程调制模式的激光输出控制焊接工艺软件包，其中，激光爬坡：激光输出功率的振幅和斜坡的开启和关闭，来满足各种焊接工艺要求；任意可编程输出：任意波形的编程输出，使激光输出的能量按需精细调节，提供特定应用工艺的焊接波形轮廓控制；内置 PID控制：激光输出功率闭环控制，通过PID调节精细控制激光输出过程，提供稳定的焊接性能；内置程序：通过激光的内部编程功能，可以产生64种任意脉冲波形，通过软件内控直接应用，或者通过外部I/O接口直接调用；3-4倍的首脉冲输出，250ns窄脉宽，降低热影响区更好的防止产品焊接氧化。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的方法实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明方法方案的范围内。

Claims (1)

1.基于新能源汽车充电桩插头中母排与铜柱应用的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1,设置喷沙机、清洁装置、单模光纤激光器及四轴工控机；

所述清洁装置包括超声波清洗机及干燥机，所述单模光纤激光器包括电气控制装置、谐振腔体、反射监控传感器、焊接工艺软件包及机电一体化水冷工装；

步骤S2,设置充电桩，对充电桩进行机加工及装配处理；

步骤S3,通过喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理；

步骤S4,通过清洁装置对喷沙处理后的充电桩插头中母排与铜柱进行清洁，首先通过超声波清洗机进行清洗，然后通过干燥机进行干燥；

步骤S5,通过单模光纤激光器对清洁后的充电桩插头中母排与铜柱进行焊接，所述焊接工艺于所述机电一体化水冷工装内操作完成；

所述步骤S1中四轴工控机上设有CNC数控系统，所述单模光纤激光器、所述焊接工艺软件包及所述机电一体化水冷工装集成于所述四轴工控机上的CNC数控系统上；

所述步骤S2中机加工好的充电桩通过过盈配合方式安装，且充电桩的倒角焊接处做机加工时无“V”型坡口或倒角；

所述步骤S3中喷沙机对充电桩插头中母排与铜柱焊接表面进行喷沙处理分为第一次喷沙处理及第二次喷沙处理，所述第一次喷沙处理为喷粗沙去氧化膜，第二次喷沙处理为喷细沙表面精确处理；

所述机电一体化水冷工装由右工位上下压紧连杆机构、前后压紧气缸、上下压紧气缸左右气缸、左工位上下压紧连杆机构、前后移动压紧模、固定压紧模、左导柱、右导柱、上下压机构连杆支架、前后移动压紧模双通道水冷孔、固定压紧模双通道水冷孔、左工位焊接位及右工位焊接位组成；

所述机电一体化水冷工装分为左工位与右工位；其中，左工位工作时，首先左工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入左工位工装内，之后左工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，左工位焊接完成取出；其中，右工位工作时，首先右工位上下压紧连杆机构打开，然后前后压紧气缸打开，其次放入右工位工装内，之后右工位上下压紧连杆机构压紧，最后前后压紧气缸压紧并开始焊接，取出工件动作相反，右工位焊接完成取出；

所述反射监控传感器，监测到高反射信号，所述单模光纤激光器自动关闭；

所述焊接工艺软件包为功率波形可任意编程调制模式的激光输出控制焊接工艺软件包，由激光爬坡、任意可编程输出、PID控制、激光的内部编程及首脉冲输出组成。

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