CN111299829A - 一种螺母与金属板材激光搭接焊方法 - Google Patents

一种螺母与金属板材激光搭接焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，替代传统的电阻焊凸焊螺母方法.其包括如下步骤：1)定位步骤：将螺母与板材所制定位孔之间进压紧定位，螺母接触面与板材的接触端面间隙小于0.1mm；2)激光焊接步骤：采用激光焊接将螺母与板材焊接在一起，焊缝熔深20％～90％。本发明的工艺方法采用激光焊接，焊接构件变形量小，焊接强度高，焊接速度快，形成肉眼可见的焊缝，焊接效果可直观判断，焊接构件的合格率高，且几乎不需要焊后清理工作，焊缝纤细美观，焊接过程功率小，对电网无冲击，有效解决了螺母凸焊及电弧焊中，焊接强度及外观的不稳定性，可实现同种或异种金属焊接，简化焊接工艺。

Description

一种螺母与金属板材激光搭接焊方法
技术领域
本发明涉及螺母焊接方法技术领域，特别是一种螺母与金属板材激光搭接焊方法。
背景技术
目前，汽车行业中螺母与板材焊接的方式大致有如下两种：
1)电弧焊接螺母：一般焊接较厚焊件，此方法焊接过程热量大，高温变形严重，焊缝成型不美观，焊接过程容易发生飞溅，使螺母内螺纹粘附焊渣，后续经常需要重新攻丝；
2)电阻焊凸焊螺母、螺栓：在一次焊接循环内可同时焊接多个凸点，一次焊接凸点数取决于焊机对每个凸点能施加的均匀电极力和电流大小，对工件的对准和凸点的尺寸有较高要求，需要高电极压力、高机械精度的大功率焊机；为了预制凸点，需要增加额外工序；螺母凸焊后，存在一些质量问题，如焊接强度不够，在后续处理过程中脱落；一侧被烧黑；内螺纹退火变形；焊接过程发生飞溅，螺纹内粘附焊渣等缺陷。且螺母凸焊后，只能通过破坏性试验检测焊接效果；焊接过程中凸焊机功率要求高，电网波动大，造成瞬间能量不足，焊接强度不够，熔深不足等问题。
因此，为焊接螺母提供更好的焊接工艺，简化螺母加工工艺，保证焊接后的内在和外观品质，保证焊接强度，更直观的判断焊接质量是该领域技术人员应着手解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，采用激光搭接焊接方式，焊接工艺易于操作，保证焊接后的内在和外观品质，保证焊接强度。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)定位步骤：将螺母与板材所制定位孔之间进压紧定位，螺母接触面与板材的接触端面间隙小于0.1mm；
2)激光焊接步骤：采用激光焊接将螺母与板材焊接在一起，焊缝熔深20％～90％。
而且，所述螺母为带定位环螺母，该带定位环螺母为在螺母与板材接触的接触面制有突出的定位环，该定位环外径与板材所制定位孔进行过盈配合。
而且，所述带定位环螺母的定位环参数为：
定位环内径A，A＝螺母螺纹孔外径+0.2～1.0mm；
定位环外径尺寸B，B＝A+1～2mm；
定位环高度C，C＝0.6～3mm；
板材定位孔的大小E，E＝B+-0.15mm。
而且，所述定位环的外环端部设有倒角，便于与板材孔对应。
而且，所述定位环为完整圆环形定位环或者三点形、四点形间断式定位环。
而且，所述激光焊接后的焊缝形状为三点焊缝、四点焊缝或连续环形焊缝。
而且，所述螺母侧面制有激光瞄准线。
而且，所述激光瞄准线与螺母底端的距离D，D＝0～1mm。
而且，所述螺母为圆形螺母、四方螺母、六方螺母或法兰螺母。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的螺母与金属板材激光搭接焊方法，激光焊接完成后，焊接构件变形量小，焊接强度高，焊接速度快，形成肉眼可见的焊缝，焊接效果可直观，判断焊接构件的合格率高，且几乎不需要焊后清理工作，焊缝纤细美观，焊接过程功率小，对电网无冲击，有效解决了螺母凸焊及电弧焊中，焊接强度及外观的不稳定性，可实现同种或异种金属焊接，简化焊接工艺。
2.本发明的螺母与金属板材激光搭接焊方法，采用带定位环螺母，不需要定位销进行定位，避免放置螺母时螺母位置不精准，操作精度高。
3.本发明的螺母与金属板材激光搭接焊方法，有效解决螺母在传统的电阻凸焊工艺过程中出现的焊接质量问题，包括凸焊时的飞溅物污染螺纹，影响通过性；焊接熔深难以控制；焊接质量不能通过感观直接判断，以及凸焊机功率太大等问题 (100-1000KW)等，本发明采用0.5-5KW激光就可解决上述问题，工艺简单，易于操作，能耗小，有效保障焊接品质。
附图说明
图1为六方螺母与板材焊接环焊缝及熔深示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为六方螺母与板材焊接三边焊缝及熔深示意图；
图4为图3的A-A向剖视图；
图5为带定位环六方螺母的结构示意图(定位环为完整圆环形)；
图6为带定位环六方螺母的立体示意图(定位环为完整圆环形)；
图7为带定位环六方螺母的立体示意图(定位环为三点形)；
图8为带定位环六方螺母的立体示意图(定位环为四点形)；
图9为圆形螺母与板材焊接环焊缝及熔深示意图；
图10为图9的A-A向剖视图；
图11为圆形螺母与板材焊接三点焊缝及熔深示意图：
图12为图11的A-A向剖视图；
图13为圆形螺母与板材焊接四点焊缝及熔深示意图(定位环为四点形)：
图14为图13的A-A向剖视图；
图15为从薄板一侧激光穿透焊螺母与板材示意图；
图16为图15的A-A向剖视图。
附图标记说明：
1-螺母、2-板材、3-定位孔、4-焊缝、5-定位环、6-激光瞄准线、-7三点形间断式定位环、8-四点形间断式定位环、9-带定位环圆形螺母、10-穿透焊焊缝。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其包括如下步骤：
1)定位步骤：如图1、2所示，将螺母1与板材2所制定位孔3之间进压紧定位，螺母接触面与板材的接触端面间隙小于0.1mm。激光焊接后的焊缝4的形状为连续环形焊缝。激光焊接后的焊缝形状也可以为三点焊缝(图3、4所示)。焊缝示意图中，主视图中描黑部分为螺母与母材激光焊接位置。剖视图中黑色部分为熔深示意图：熔深为板材厚度的20％～90％。
螺母1为带定位环螺母(六方螺母)，如图5、6所示，该带定位环螺母为在螺母与板材接触的接触面制有突出的定位环5，定位环为完整圆环形定位环。该定位环外径与板材所制定位孔进行过盈配合。带定位环螺母的定位环参数为：
定位环内径A，A＝螺母螺纹孔外径+0.2～1.0mm；
定位环外径尺寸B，B＝A+1～2mm；
定位环高度C，C＝0.6～3mm；
板材定位孔的大小E，E＝B+-0.15mm。
定位环外环端部设有0.2mm倒角，便于与板材孔对应。
板材定位孔的直径E＝定位环外径A+-0.15mm。
螺母侧面可制有激光瞄准线6，激光瞄准线与螺母底端的距离D为0～1mm。
定位环可以为三点形间断式定位环7，如图7所示；或者为四点形间断式定位环 8，如图8所示。
2)激光焊接步骤：采用激光焊接将螺母与板材焊接在一起，焊缝熔深20％～90％。激光焊接参数为：激光功率为：500～5000W。激光焊接后的焊缝形状可以为连续环形焊缝，或者三点焊缝或者四点焊缝。
如图9-10所示，螺母为带定位环圆形螺母9，激光焊接后的焊缝形状为连续圆环形。激光焊接后的焊缝形状可以为三点焊缝如图11、12所示，或者四点焊缝，如图13、14。图15、16为从薄板一侧激光穿透焊形成穿透焊焊缝10。
使用激光焊专用的带定位环螺母，不用凸焊定位，而用螺母的定位环与金属板材所制的定位孔直接压紧定位，再用激光搭接焊焊牢工件。螺母与板材之间用定位环定位，能保证螺母与板材之间的设计要求位置尺寸，然后使用激光焊将螺母与板材紧密连接。
可用于不同材料之间的焊接，包括：普通螺母+镀锌板材、普通螺母+热成型板材、镀锌螺母+镀锌板材、镀锌螺母+热成型板材等。
本发明利用激光大熔深，小功率，细光斑的特点，焊后形成视觉可见，尺寸可测，熔深可控，外观纤细美观的焊缝，相比电阻凸焊可直观判断焊接质量；并且使用激光焊，螺母和螺栓可减免焊接凸点，简化螺母加工工艺；特别是在用大电流焊接螺母时，由于电阻焊输入功率大而造成电网电压波动，瞬时能量不足，导致焊接强度不够，熔深不足以及凸点飞溅污染螺纹，必需采用更大功率(超过激光焊50-100倍)的配电变压器和凸焊设备才能保证焊接质量。而使用激光焊，所需功率小，对电网无冲击，能量集中，焊接质量更容易保障。激光焊是替代电阻凸焊解决同种或异种金属材料螺母、螺栓与工件焊接的较佳焊接工艺方法。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (9)

1.一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)定位步骤：将螺母与板材所制定位孔之间进压紧定位，螺母接触面与板材的接触端面间隙小于0.1mm；
2)激光焊接步骤：采用激光焊接将螺母与板材焊接在一起，焊缝熔深20％～90％。
2.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述螺母为带定位环螺母，该带定位环螺母为在螺母与板材接触的接触面制有突出的定位环，该定位环外径与板材所制定位孔进行过盈配合。
3.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述带定位环螺母的定位环参数为：
定位环内径A，A＝螺母螺纹孔外径+0.2～1.0mm；
定位环外径尺寸B，B＝A+1～2mm；
定位环高度C，C＝0.6～3mm；
板材定位孔的大小E，E＝B+-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述定位环的外环端部设有倒角，便于与板材孔对应。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述定位环为完整圆环形定位环或者三点形、四点形间断式定位环。
6.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述激光焊接后的焊缝形状为三点焊缝、四点焊缝或连续环形焊缝。
7.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述螺母侧面制有激光瞄准线。
8.根据权利要求7所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述激光瞄准线与螺母底端的距离D，D＝0～1mm。
9.根据权利要求1所述的一种螺母与金属板材激光搭接焊方法，其特征在于：所述螺母为圆形螺母、四方螺母、六方螺母或法兰螺母。
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