CN111360407A - 生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置 - Google Patents

生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置。方法包括：将开槽底板固定于工作平面上，用激光导向光进行定点。对将要进行焊接的板筋和上盖板进行脉冲激光间断焊接。采用单激光光束在上盖板的上侧，以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的板筋和上盖板上相应位置处，且使激光光轴与工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于单激光光束后方，且使保护气与上盖板之间的夹角为呈42°至48°，使单激光光束与保护气之间的距离为2mm至3mm。减少热量输入，保证上盖板不变形以及开槽底板通槽之间形成独立的通道，焊缝美观，气密性优异，焊接速率可以达到1.8m/min，焊接效率高。

Description

生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及薄壁密集槽道焊接领域，特别是涉及一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置。
背景技术
随着传统化石燃料的不断枯竭，以及大气污染、全球气候变暖等一系列问题的日益恶化，可再生能源越来越受到人们的广泛关注。生物能源既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源，兼有两者的特点和优势，是目前人类最主要的可再生能源之一。生物能源是指通过生物的活动，将生物质、水或其他无机物转化为沼气、氢气等可燃气体或乙醇、油脂类可燃液体为载体的可再生能源。目前，生物燃料主要被用于替代化石燃油作为运输燃料，如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。生物燃料的存放一般需要气密性良好的容器，其中某些零部件的气密性由焊接实现。
一种生物燃料密闭容器的构件是由不锈钢薄板焊接得到。关于不锈钢薄板的焊接，国内外已有不少的研究。专利文献CN107570866A的一种薄板的激光焊接方法，能够很好的把不锈钢薄板焊接在一起并能达到一定的气密性要求，但它只是研究单个焊缝对接的情况，并没有考虑多条密集焊缝的情况。综合分析，当前研究无法能够满足这种密集焊缝不锈钢薄板构件的焊接要求，不锈钢薄板的厚度为0.5-1.5mm之间，焊缝之间的间隔小于3mm。
发明内容
本发明的目的是克服现有薄板焊接的至少一个的缺陷，提供一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法及装置，能够满足密集焊缝不锈钢薄板构件的焊接要求，减少热量输入，保证上盖板不变形以及开槽底板通槽之间形成独立的通道。
一方面，本发明提供了一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，用于焊接上盖板和开槽底板，所述开槽底板的上表面具有多个平行设置的通槽，每两个所述通槽之间的间隔为所述开槽的底板的板筋；其中，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法包括：
将所述开槽底板固定于工作平面上，用激光导向光进行定点；
在所述开槽底板上盖上所述上盖板，用第一夹具在垂直焊缝方向压紧所述上盖板和所述开槽底板，并留出焊接余量；
在所述上盖板和所述开槽底板四个角落处进行点焊，以固定所述开槽底板与所述上盖板；
去掉所述第一夹具，分别在平行焊缝的两端用第二夹具夹牢所述上盖板和所述开槽底板；
至少对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板进行脉冲激光间断焊接；
采用单激光光束在所述上盖板的上侧，以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板上相应位置处。
可选地，以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板上相应位置处时，使激光光轴与所述工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于所述单激光光束后方，且使所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，以及使所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
可选地，对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板进行脉冲激光间断焊接时：采用单激光光束在所述上盖板的上侧进行脉冲激光间断焊接，且使激光光轴与所述工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于所述单激光光束后方，且使所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，以及使所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
可选地，分别在平行焊缝的两端用第二夹具夹牢所述上盖板和所述开槽底板时，在所述上盖板的余量下方设置垫片。
可选地，所述开槽底板的厚度为0.95mm至1.05mm，每个所述通槽的深度为0.45mm至0.55mm，每个所述通槽的宽度为2.50mm至2.60mm，每个所述板筋的宽度为0.95mm至1.05mm。
另一方面，本发明还提供了一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，用于焊接上盖板和开槽底板，所述开槽底板的上表面具有多个平行设置的通槽，每两个所述通槽之间的间隔为所述开槽的底板的板筋；其中，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置包括：
焊接工作台，其具有安装所述开槽底板的工作平面，在垂直焊缝方向压紧所述上盖板和所述开槽底板的第一夹具，以及分别在平行焊缝的两端夹牢所述上盖板和所述开槽底板的第二夹具；和
激光焊接装置，安装于所述焊接工作台，其具有发射单激光光束的激光器和输送保护气的保护气输送装置；且所述单激光光束的激光光轴与所述工作平面的法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向所述保护气位于所述单激光光束后方，且所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
可选地，所述激光焊接装置配置成在所述上盖板和所述开槽底板四个角落处进行点焊，以及对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板先进行脉冲激光间断焊接，后进行连续激光焊接。
可选地，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括支撑垫，设置于所述开槽底板的两端以支撑所述上盖板沿所述通槽伸出所述开槽底板的部分。
可选地，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括高度调整装置，所述支撑垫安装于所述高度调整装置以调整所述支撑垫的高度。
可选地，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括平移装置，所述焊接工作台安装于所述平移装置，以在所述平移装置的带动下沿所述开槽底板的长度方向和宽度方向移动；且
所述平移装置包括底座、平移工作台、第一驱动装置和第二驱动装置；
所述激光焊接装置和所述第一驱动装置安装于所述底座；
所述平移工作台通过第一导轨可滑动地安装于所述底座，所述焊接工作台通过第二导轨可滑动地安装于所述平移工作台；所述第一导轨和所述第二导轨垂直设置；所述第二驱动装置安装于所述平移工作台；
所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均包括电机、减速装置、丝杠和滑块；所述减速装置连接于所述电机的输出轴，所述丝杠连接于所述减速装置，所述滑块安装于所述丝杠，以在所述电机通过所述减速装置带动所述丝杠转动时，所述滑块沿所述丝杠的长度方向移动；所述第一驱动装置的滑块设置于所述平移工作台的下侧，所述第二驱动装置的滑块设置于所述焊接工作台的下侧。
本发明实施例具有以下技术效果：采用点焊、脉冲间断焊接和连续焊接，能够满足密集焊缝不锈钢薄板构件的焊接要求，减少热量输入，保证上盖板不变形以及开槽底板通槽之间形成独立的通道，且形成的焊缝美观，气密性优异，焊接速率可以达到1.8m/min，焊接效率高。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法的示意性流程图；
图2是根据本发明一个实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法中单激光光束、保护气、上盖板相对位置示意图；
图3是焊缝样貌示意图；
图4是开槽底板的示意图；
图5是根据本发明一个实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法的示意性流程图。如图1所示并参考图2至图4，本发明实施例提供了一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，用于焊接上盖板30和开槽底板40。开槽底板40可为钢板，开槽底板40的上表面具有多个平行设置的通槽41，每两个通槽41之间的间隔为开槽的底板的板筋42。其中，生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法包括：
将开槽底板40固定于工作平面上，用激光导向光进行定点。具体地，用激光导向光在钢板中间板筋42处确定两端点以进行定点。
在开槽底板40上盖上上盖板30，用第一夹具在垂直焊缝方向压紧上盖板30和开槽底板40，并留出焊接余量。
在上盖板30和开槽底板40四个角落处进行点焊，以固定开槽底板40与上盖板30。
去掉第一夹具，开槽底板40和上盖板30要保持不动，分别在平行焊缝的两端用第二夹具夹牢上盖板30和开槽底板40。
至少对将要进行焊接的板筋42和上盖板30进行脉冲激光间断焊接。即在每个板筋42上分别移动一定距离进行间断焊接。在焊接时，针对一个板筋42，可先把该板筋42进行间断焊接之后，进行后续步骤。可替代地，也可对所有的板筋42进行间断焊接之后，然后针对每个板筋42进行后续步骤。
采用单激光光束10在上盖板30的上侧，以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的板筋42和上盖板30上相应位置处。
如图3所示，本发明实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，能够满足密集焊缝不锈钢薄板构件的焊接要求，减少热量输入，保证上盖板30不变形以及开槽底板40通槽41之间形成独立的通道，且形成的焊缝50美观，气密性优异，焊接速率可以达到1.8m/min，焊接效率高。
如图2所示，进行连续焊接时，使激光光轴与工作平面法线的夹角为3°至5°，如图2中角β的余角，β为85°至87°。沿焊接方向使保护气位于单激光光束10后方，且使保护气与上盖板30之间的夹角α为呈42°至48°，优选为45°，以及使单激光光束10与保护气之间的距离为2mm至3mm。保护气输送装置63的喷嘴20用于输送保护气。
在本发明的一些实施例中，对将要进行焊接的板筋42和上盖板30进行脉冲激光间断焊接时：可采用单激光光束10在上盖板30的上侧进行脉冲激光间断焊接。进一步地，使激光光轴与工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于单激光光束10后方，且使保护气与上盖板30之间的夹角为呈42°至48°，以及使单激光光束10与保护气之间的距离为2mm至3mm。
在本发明的一些实施例中，分别在平行焊缝50的两端用第二夹具夹牢上盖板30和开槽底板40时，在上盖板30的余量下方设置垫片，以防止上盖板30变形。垫片的厚度与沟槽钢板厚度相当。也可采用高度可调的支撑装置，以适应不同高度的开槽底板40。在本发明的一些实施例中，焊接对象开槽底板40可具有如下结构，如图4所示，开槽底板40的厚度为0.95mm至1.05mm，每个通槽41的深度为0.45mm至0.55mm，每个通槽41的宽度为2.50mm至2.60mm，每个板筋42的宽度为0.95mm至1.05mm。
图5是根据本发明一个实施例提供的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置的示意图，如图5所示，本发明实施例还提供了一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，用于焊接上盖板30和开槽底板40，开槽底板40的上表面具有多个平行设置的通槽41，每两个通槽41之间的间隔为开槽的底板的板筋42。其中，生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置包括焊接工作台61和激光焊接装置。焊接工作台61具有安装开槽底板40的工作平面，在垂直焊缝50方向压紧上盖板30和开槽底板40的第一夹具，以及分别在平行焊缝50的两端夹牢上盖板30和开槽底板40的第二夹具。激光焊接装置安装于焊接工作台61，其具有发射单激光光束10的激光器62和输送保护气的保护气输送装置63。如图2所示，单激光光束10的激光光轴与工作平面的法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向保护气位于单激光光束10后方，且保护气与上盖板30之间的夹角为呈42°至48°，单激光光束10与保护气之间的距离为2mm至3mm。
在本发明的一些实施例中，激光焊接装置配置成在上盖板30和开槽底板40四个角落处进行点焊，以及对将要进行焊接的板筋42和上盖板30先进行脉冲激光间断焊接，后进行连续激光焊接。在本发明的一些实施例中，生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括支撑垫56，设置于开槽底板40的两端以支撑上盖板30沿通槽41伸出开槽底板40的部分。生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括高度调整装置，支撑垫56安装于高度调整装置以调整支撑垫56的高度。
在本发明的一些实施例中，生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置还包括平移装置，焊接工作台61安装于平移装置，以在平移装置的带动下沿开槽底板40的长度方向和宽度方向移动。平移装置带动开槽底板40沿开槽底板40的长度方向移动，可使开槽底板40的两端移动到激光焊接装置的激光头的下侧，然后带动开槽底板40沿开槽底板40的宽度方向移动，可使上盖板30和开槽底板40四个角落处位于激光头的下侧进行点焊。平移装置带动开槽底板40沿开槽底板40的宽度方向移动，可使激光焊接装置先进行脉冲激光间断焊接，后进行连续激光焊接。
在本发明的一些实施例中，平移装置包括底座64、平移工作台65、第一驱动装置和第二驱动装置。激光焊接装置和第一驱动装置安装于底座64。平移工作台65通过第一导轨可滑动地安装于底座64，焊接工作台61通过第二导轨可滑动地安装于平移工作台65。第一导轨和第二导轨垂直设置。第二驱动装置安装于平移工作台65。第一驱动装置和第二驱动装置均包括电机51、减速装置52、丝杠53和滑块。减速装置52连接于电机51的输出轴，丝杠53连接于减速52装置，滑块安装于丝杠53，以在电机51通过减速装置52带动丝杠53转动时，滑块沿丝杠53的长度方向移动。第一驱动装置的滑块54设置于平移工作台65的下侧，第二驱动装置的滑块55设置于焊接工作台61的下侧。
本发明实施例可具有以下优点能够满足密集焊缝不锈钢薄板构件的焊接要求，减少热量输入，保证上盖板30不变形以及开槽底板40通槽41之间形成独立的通道，且形成的焊缝50美观，气密性优异，焊接速率可以达到1.8m/min，焊接效率高。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，用于焊接上盖板和开槽底板，所述开槽底板的上表面具有多个平行设置的通槽，每两个所述通槽之间的间隔为所述开槽的底板的板筋；其特征在于，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法包括：
将所述开槽底板固定于工作平面上，用激光导向光进行定点；
在所述开槽底板上盖上所述上盖板，用第一夹具在垂直焊缝方向压紧所述上盖板和所述开槽底板，并留出焊接余量；
在所述上盖板和所述开槽底板四个角落处进行点焊，以固定所述开槽底板与所述上盖板；
去掉所述第一夹具，分别在平行焊缝的两端用第二夹具夹牢所述上盖板和所述开槽底板；
至少对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板进行脉冲激光间断焊接；
采用单激光光束在所述上盖板的上侧，以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板上相应位置处。
2.根据权利要求1所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，其特征在于，
以连续激光焊接的方式焊接将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板上相应位置处时，使激光光轴与所述工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于所述单激光光束后方，且使所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，以及使所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
3.根据权利要求1所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，其特征在于，
至少对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板进行脉冲激光间断焊接时：
采用单激光光束在所述上盖板的上侧进行脉冲激光间断焊接，且使激光光轴与所述工作平面法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向使保护气位于所述单激光光束后方，且使所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，以及使所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
4.根据权利要求1所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，其特征在于，
分别在平行焊缝的两端用第二夹具夹牢所述上盖板和所述开槽底板时，在所述上盖板的余量下方设置垫片。
5.根据权利要求1所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接方法，其特征在于，
所述开槽底板的厚度为0.95mm至1.05mm，每个所述通槽的深度为0.45mm至0.55mm，每个所述通槽的宽度为2.50mm至2.60mm，每个所述板筋的宽度为0.95mm至1.05mm。
6.一种生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，用于焊接上盖板和开槽底板，所述开槽底板的上表面具有多个平行设置的通槽，每两个所述通槽之间的间隔为所述开槽的底板的板筋；其特征在于，所述生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置包括：
焊接工作台，其具有安装所述开槽底板的工作平面，在垂直焊缝方向压紧所述上盖板和所述开槽底板的第一夹具，以及分别在平行焊缝的两端夹牢所述上盖板和所述开槽底板的第二夹具；和
激光焊接装置，安装于所述焊接工作台，其具有发射单激光光束的激光器和输送保护气的保护气输送装置；且所述单激光光束的激光光轴与所述工作平面的法线的夹角为3°至5°，沿焊接方向所述保护气位于所述单激光光束后方，且所述保护气与所述上盖板之间的夹角为呈42°至48°，所述单激光光束与所述保护气之间的距离为2mm至3mm。
7.根据权利要求6所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，其特征在于，
所述激光焊接装置配置成在所述上盖板和所述开槽底板四个角落处进行点焊，以及对将要进行焊接的所述板筋和所述上盖板先进行脉冲激光间断焊接，后进行连续激光焊接。
8.根据权利要求6所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，其特征在于，还包括支撑垫，设置于所述开槽底板的两端以支撑所述上盖板沿所述通槽伸出所述开槽底板的部分。
9.根据权利要求8所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，其特征在于，还包括高度调整装置，所述支撑垫安装于所述高度调整装置以调整所述支撑垫的高度。
10.根据权利要求9所述的生物燃料薄壁不锈钢密集槽道激光自熔焊接装置，其特征在于，还包括平移装置，所述焊接工作台安装于所述平移装置，以在所述平移装置的带动下沿所述开槽底板的长度方向和宽度方向移动；且
所述平移装置包括底座、平移工作台、第一驱动装置和第二驱动装置；
所述激光焊接装置和所述第一驱动装置安装于所述底座；
所述平移工作台通过第一导轨可滑动地安装于所述底座，所述焊接工作台通过第二导轨可滑动地安装于所述平移工作台；所述第一导轨和所述第二导轨垂直设置；所述第二驱动装置安装于所述平移工作台；
所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均包括电机、减速装置、丝杠和滑块；所述减速装置连接于所述电机的输出轴，所述丝杠连接于所述减速装置，所述滑块安装于所述丝杠，以在所述电机通过所述减速装置带动所述丝杠转动时，所述滑块沿所述丝杠的长度方向移动；所述第一驱动装置的滑块设置于所述平移工作台的下侧，所述第二驱动装置的滑块设置于所述焊接工作台的下侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114260572A (zh) * 2021-12-13 2022-04-01 上海第一机床厂有限公司 核燃料转运设备箱体的焊接方法

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