CN1103823A - 通过激光焊接板材以形成复合板的方法和装置 - Google Patents

通过激光焊接板材以形成复合板的方法和装置 Download PDF

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Abstract

要对接焊的板材被定位，使其边缘相互接触，以 将间隙减少至一可激光焊接的宽度，沿邻接线使至少 一个板材塑性变形，以使材料向间隙流动，减少间隙 宽度，以此方式，被切割至较低精度尺寸的板材可焊 接在一起。

Description

本发明涉及通过激光焊接板材以形成复合板的方法。本发明还涉及实施该方法的装置。
通过激光焊接的对接接头将板材连接在一起是已知的，这种连接的板材称为复合板。用激光对接焊带来这样的问题：必须使板材边对边非常精确地定位，并且焊接之前它们之间的间隙一定要很小。为达到高质量的焊接，间隙的宽度通常只能为0.05至0.08mm。这意味着两个板的每一个只能偏离直线0.04mm。对于复合板的延伸的焊接来说，沿要焊接的定位边的全长得到这样窄的间隙宽度是非常困难的。的确，能按所要求精度进行例如2.5m长切割的精密剪切是可以作到的，但这种剪切非常昂贵，其他已知的进行边缘制备的方法，例如铣削、研磨或激光切割，根据其生产时间和成本，都包含了可观的附加费用。
所以，本发明的基本目的是提供一种激光焊接方法，其中，不需要进行精确的板材切割和定位，或大大降低了这种要求，所以，能快速地和便宜地进行作业。
通过使至少一个板在焊接区前部或焊接区中塑性变形以减小板材间隙的宽度，而在所述类型的工艺中完成上述目的。
使用本发明的方法，可将板材切割至一个较低精度的尺寸。每个板材有接近0.15mm的精度就足够了。这能形成大约0.3mm的最大间隙，根据本发明，它基本上可由一或两个板的变形而消除，也就是说，其变形形成一个不超过0.08mm的最大宽度的间隙。
本发明基本目的的一部分是提供一种实施该方法的装置。该装置包括：保持系统，它固定板材使其边缘相互接触，和一变形系统，使至少一个板材焊区前或其中塑性变形。
下面参照附图，通过举例方式对本发明实施例进行详细说明。
图1是两个要焊接在一起的不同厚度板材的垂直剖视图;
图2是两个要焊接在一起的相同厚度板材的垂直剖视图;
图3显示了有一组夹送辊的另一实施例;
图4显示了本发明的另一实施例;
图5也显示了本发明的另一实施例;
图6显示了用于焊接不同厚度板材的另一实施例;
图7显示了本发明又一实施例;
图8也显示了本发明另一实施例;
图9显示了带有一角度夹送辊的实施例;
图10显示了具有一止动杆的实施例;
图11也显示了具有一止动杆的实施例;
图12显示了一实施例，其中，夹送辊本身作为止动件工作。
图1显示了一个通过两个要焊在一起的板材1和2的垂直剖面图，两个板1和2，其中一个比另一个厚，其边缘相互对接，并在该位置被对接焊在一起。通过一激光束6以已知方式进行焊接，其在焊区具有例如0.2mm直径的聚焦截面。为使焊接达到所要求的质量和避免缺陷，相邻板材1、2之间的间隙3在焊区必须不超过0.08mm的宽度。如果间隙宽于此宽度，将发生焊接下陷和激光束击穿。然而，使用本发明的方法，板材之间的间隙最初可以较大，例如0.3mm。这意味着可以将板材以一很低的精度切割至一尺寸。根据本发明，一个或两个板材或在焊区前或在焊区中塑性变形，减小间隙的宽度，以致不超过最大可允许的间隙宽度。如图1所示，两个板中较厚者的厚度由两个夹送辊4和5而减少。这使材料主要沿箭头7的方向流动，从而减少间隙的宽度。两个夹送辊的每一个有一与板材接触的区域8，和一陷入板材引起材料位移的区域9，以及一与板材接触的另一区域10。在该例中，区域9被设计成辊子陷入板材的深度随离间隙的距离增加而增加。这就确保了材料主要是在箭头7的方向流动，而不在不希望的相反方向流动。以实施例示出的布置，可以发现，以板2的3mm厚度和区域9的6mm宽度，夹送辊的0.1mm的压缩将在间隙区域产生大约0.2mm的材料位移。在1至2吨的负载下，使板材塑性变形。对于较薄的板1，仅提供辊4上的一个导向区和一导向辊13。然而，也可以仅使板材1塑性变形。
在板材已经相互接触的位置，一或两个板的塑性变形本身是不必要的。如果这种变形发生了，它将作用在板材上产生迫使板材分开的不希望的力。所以，可以在例如各夹送辊的区域9提供周槽14，在这种情况下，允许流动材料转移进入凹槽，以减小不希望的横向力。然而，一个更好的方法是通过光学地或机械地检测变形区前面的间隙宽度，而相应地增加或减小作用于夹送辊的力，以此控制施加于夹送辊上的变形力，以致在间隙宽度已经很小，或板材已经相互接触的位置，仅在夹送辊上施加一个小的力。代替辊子上力的变化，也可以变化其轴的位置，而允许其较深或较浅地陷入板材。
在使材料变形而减小了间隙宽度之后，间隙通常不再是直的。所以，在本发明的另一发展中，使激光束被控制而跟随间隙的线。最好用光学或其他方式相对于座标的固定系统测量间隙的线，并根据来自测量装置的信号（最好通过一或多个镜子的运动）使激光束变位偏离上述座标系统的基准位置，以致能跟随测量到的间隙的线。这确保了焊缝对中于仍未焊接的间隙。如果当不同厚度的板材正在焊接时，希望使光束向两板中较厚的一个移动，这可以通过数据处理阶段的输出信号的修正而实现。
图2显示了两个相同厚度的板1和2。一个在板下面的较窄的夹送辊20陷入两个板的材料。在板上面，具有一个较宽的不陷入板材的辊或导轨21，还具有横向的板导向件22。
图3显示了具有两个相同厚度板材1和2的另一实施例。还是在板材上面具有一个辊或导轨21。在板1和2下面是两个横向辊25和26，其作为夹送辊陷入板材，并局部减少板材厚度。在夹送辊之间具有一居中的辊子或导轨27，以支承板材。
图4显示了另一实施例，其中，具有一底辊28，它在间隙3的两侧分别具有陷入区29和30。在这些区域使材料塑性变形。辊子具有一中腰部31。
图5显示了与图4相似的实施例，上辊或导轨由不同形状的导向件22代替。
图6显示了另一实施例，其中，包含两个不同厚度的板材。在板材下面，具有夹送辊34，它陷入较厚板2的材料。在板上面有一辊子或导轨21，作为一导向件工作。
图7显示了图6实施例的另一形状。在该例中，顶辊或导轨由根据图5形状的导向件22代替。
图8显示了图7的相似实施例，但在该例中，是使较薄的板1变形。
图9显示了一个具有带角度的辊子35的实施例。
图10显示了实施本发明的另一方法。在本例中，首先通过夹送辊40，41和42，43的方式使板1和2对着一固定止动件45分别变形。通过板的塑性变形，使各板在止动面上具有很精确的直边。该操作在焊区前部实施，在焊接前的另一阶段，使板的两个直边相接触，例如，移开止动件45，便板侧向移动而靠在一起。
图11显示了本发明的另一实施例，具有两个固定的止动件46、47，每个板仅有一个夹送辊。
图12显示了具有两个夹送辊50、51的实施例，它们都有分别作为板1和板2止动件的台肩。在这个变型中，在夹送阶段除了稍微的垂直偏置，使板相互正确地定位，既，板1，2不需要侧向移动。
通过一传送系统将夹紧的板送进经过一固定成形装置至激光束。另一方面，夹紧的板也可以是固定的，而使成形装置沿连接线横向移动。在这种情况，最好具有用于激光束的可横向移动的聚焦透镜。

Claims (19)

1、通过激光对接焊接板材以形成复合板的方法，其特征在于，在焊区前或焊区中使至少一个板材塑性变形，以减少板材之间间隙的宽度。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，沿间隙旁的板材厚度以这种方式通过变形而减少，以致使材料向间隙流动。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，沿间隙旁的板材厚度以非均匀方式减少。
4、如权利要求2或3之一所述的方法，其特征在于，沿间隙旁提供一区域，其中，对在变形中要加厚的板材形成一装置，以致防止材料的流动而迫使板材分开。
5、如权利要求1至4中之一所述方法，其特征在于，变形作为变形区前间隙厚度的一个函数而被控制。
6、如权利要求1至5中任一所述方法，其特征在于，通过布置在板材上面或下面的至少一个夹送辊来实施变形。
7、如权利要求6所述方法，其特征在于，相互垂直偏置的板材各靠着一止动件变形，或靠着一在夹送辊上形成一止动件的台肩变形。
8、如权利要求1至7中任一所述方法，其特征在于，控制激光束，使其跟随由变形所形成间隙的位置。
9、如权利要求1至8中任一所述方法，其特征在于，变形发生于直接相邻于板材边缘的区域。
10、实施权利要求1至9中任一所述方法的装置，其特征在于，一保持系统，它固定板材使其边缘相互接触，和一变形系统，使至少一个板材焊区前或焊区中塑性变形。
11、如权利要求10所述装置，其特征在于，变形系统有至少一个夹送辊，以此减少板材厚度。
12、如权利要求11所述装置，其特征在于，夹送辊有一锥形外表面部分，以使板材厚度以一非均匀的方式减少。
13、如权利要求11或12所述装置，其特征在于，夹送辊有一周槽，允许板材在该位置变厚。
14、如权利要求10至13之一所述装置，其特征在于，具有用于检测变形区前部间隙厚度的检测系统和控制装置，所述控制装置作为所检测间隙厚度的函数控制变形系统。
15、如权利要求11和14所述装置，其特征在于，控制装置控制由变形系统施加在板材上的力。
16、如权利要求11和14所述的装置，其特征在于，控制装置控制夹送辊轴相对于板材表面的位置。
17、如权利要求10至16之一所述装置，其特征在于，具有一光学或机械检测系统，用于在变形后检测间隙的线、和一根据检测系统的跟随装置，用以引导激光束，以致能跟随间隙的线。
18、如权利要求10至17之一所述装置，其特征在于，具有一下夹送辊和一上夹送辊，各具有一用于板材之一的止动面。
19、如权利要求10至18之一所述装置，其特征在于，变形系统具有一球形夹送体，用于使至少一个板材变形。
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