CN112605530B - 一种激光焊接方法 - Google Patents

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一种激光焊接方法，涉及黄铜焊接技术领域。该激光焊接方法包括对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件进行焊接面拼接并固定；采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接。该激光焊接方法焊接工序简单、焊接效率较高。

Description

一种激光焊接方法
技术领域
本发明涉及黄铜焊接技术领域，具体而言，涉及一种激光焊接方法。
背景技术
黄铜是由铜和锌为主要成分组成的合金，黄铜有较强的耐磨性能，因此常被广泛用于制造水箱带、供排水管、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。
但由于黄铜中铜和锌的沸点相差较大，其中，锌的沸点较低，在焊接过程中锌元素极易蒸发形成锌蒸汽，而大量的锌蒸汽容易突破熔池表面张力，伴随熔融液体一起从焊缝熔池中喷出，就会造成锌元素烧损、焊缝凹陷、飞溅、咬边等缺陷，进而使得焊缝表面成形差，焊接接头力学性能和耐蚀性能下降。为了改善上述黄铜焊接质量不佳的问题，目前也提出了激光焊接方法，然而现有的激光焊接方法的焊接工序大多较为复杂、而且焊接速度较慢、效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法焊接工序简单、焊接效率较高。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明的一方面，提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法包括对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件进行焊接面拼接并固定；采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接。该激光焊接方法焊接工序简单、焊接效率较高。
可选地，采用单模光纤激光器以预设摆动路径在两个待焊接黄铜工件的待焊接处进行摆动焊接，包括：采用单模光纤激光器沿待焊接接缝处以螺旋式前进的方式进行摆动焊接。
可选地，采用单模光纤激光器在待焊接接缝处进行摆动焊接之后形成焊缝，焊缝的宽度为0.5mm至2.0mm。
可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：单模光纤激光器的激光束作用于待焊接黄铜工件的离焦量在-2mm～+2mm之间。
可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：对两个待焊接黄铜工件的熔池处持续吹送保护气。
可选地，保护气为氩气。
可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：单模光纤激光器的激光束作用于待焊接黄铜工件上的焦点处光斑直径小于0.05mm。
可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：单模光纤激光器的焊接头以400mm/s～1000mm/s之间的摆动速度沿待焊接接缝处进行摆动焊接。
可选地，单模光纤激光器的焊接头的聚焦镜焦距与焊接头的准直镜焦距之比小于2。
可选地，单模光纤激光器的光束波长为1080nm，且单模光纤激光器的光束质量因子小于或等于1.3。
本发明的有益效果包括：
本实施例提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法包括对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件进行焊接面拼接并固定；采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接。由于激光功率密度很高，熔池体积较小，深宽比较大，微量的锌蒸汽不足以突破熔池表面张力，从熔池中剧烈喷出。因此锌的烧损较少，无焊接飞溅产生，可以形成成形良好的焊缝。通过本焊接方法得到的待焊接黄铜工件的焊缝处表面成型良好，无焊缝凹陷、飞溅等缺陷，焊缝强度高，且由于本实施例提供的激光焊接方法的工序简单、也可以在一定程度上提高焊接效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的激光焊接方法的流程示意图之一；
图2为本发明实施例提供的经过激光焊接方法焊接形成的焊接工件结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的经过激光焊接方法焊接形成的焊接工件结构示意图之二；
图4为本发明实施例提供的经过激光焊接方法焊接形成的焊接工件结构示意图之三；
图5为本发明实施例提供的激光焊接方法的流程示意图之二。
图标：10-待焊接黄铜工件；20-待焊接接缝；30-焊缝；d-焊缝的宽度；40-套管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1，本实施例提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法焊接工序简单，且焊接效率较高。可选地，该激光焊接方法包括如下步骤：
S200、对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件10进行焊接面拼接并固定。
需要说明的是，上述步骤包括对待焊接黄铜工件10的焊接面的拼接和对待焊接黄铜工件10的固定。
其中，对于对两个待焊接黄铜工件10进行焊接面拼接，可根据不同的焊接方式进行选择。例如，请参见图2所示，图2为进行激光拼焊时，两个待焊接黄铜工件10的拼接方式，此时，两个待焊接黄铜工件10是侧边对接在一起的。进行激光拼焊时可以通过在两个待焊接黄铜工件10的拼接处进行焊接；请参见图3所示，图3为进行激光搭焊时，两个焊接黄铜工件的搭接方式，此时，两个待焊接黄铜工件10是上下搭接在一起的，其中一个焊接黄铜工件的上表面的一部分与另一个焊接黄铜工件的下表面的一部分重合，这时在进行激光搭焊时，可穿透上面待焊接黄铜工件10，焊缝深入到下边的待焊接黄铜工件10；或者，本实施例提供的焊接方法也可以应用于常见的环形焊缝中的搭接焊，如图4所示，即可对两个套管40之间的环形接合线处进行焊接。
而对两个待焊接黄铜工件10进行固定，是为了避免在进行焊接工序时两个待焊接黄铜工件10出现易位，而影响焊接工序的正常进行。
示例地，对于拼焊焊接，可在两个待焊接黄铜工件10拼接好之后采用夹具对两个待焊接黄铜工件10进行固定；对于搭焊焊接则需要在两个待焊接黄铜工件10拼接好之后对两个待焊接黄铜工件10的待焊接面采用夹具夹紧。这样，可以避免在焊接过程中，两个待焊接黄铜工件10始终保持位置不变，进而在一定程度上可以保证焊接接头拼合处间隙大小不变，进而可以改善焊接质量。
另外，请参照图5，在进行上述步骤S200、对两个待焊接黄铜工件10进行焊接面拼接和固定之前，还可以包括如下步骤：
S100、对两个待焊接黄铜工件10进行表面清洗。
上述表面清洗的目的是为了去除两待焊接黄铜工件10边缘焊接表面或待焊位置处附着于表面的污渍或氧化层，从而使得两个待焊接黄铜工件10保持清洁以进行备用，避免对后续焊接工序造成不利影响。
其中，可选地，可以采用酒精擦拭或者清洗剂清洁的方式对两个待焊接黄铜工件10的表面进行清洁处理，亦或者也可以采用激光清洗的方式对两个待焊接黄铜工件10的表面进行清洗。具体地清洗方式本申请不做限制，只要能使得待焊接黄铜工件10保持表面清洁，以避免在焊接过程中由于待焊接黄铜工件10的表面污渍混入熔池而出现焊接质量缺陷即可。
S300、采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处以预设摆动路径进行摆动焊接。
其中，单模激光器的纤芯比较细，光束质量优于多模，为了使得采用本实施例提供的激光焊接方法能够获得更好的焊接质量，在本实施例中，激光器选择单模光纤激光器。其中，在本实施例中，该单模光纤激光器的光束波长为1080nm，且单模光纤激光器的光束质量因子小于或等于1.3。
还有，本实施例的单模光纤激光器沿待焊接接缝20处进行摆动可以适当增加待焊接接缝20处形成的焊缝的宽度d，从而使得焊接质量更好。其中，单模光纤激光器的预设摆动路径本领域技术人员可根据实际要求选择。例如，当需要产生较宽的焊缝30时，则对应选择可以形成较宽的焊缝30的对应预设路径。
综上所述，本实施例提供一种激光焊接方法，该激光焊接方法包括对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件10进行焊接面拼接并固定；采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处以预设摆动路径进行摆动焊接。由于单模光纤激光器的激光功率密度很高，熔池体积较小，深宽比较大，微量的锌蒸汽不足以突破熔池表面张力，从熔池中剧烈喷出。因此锌的烧损较少，无焊接飞溅产生，可以形成成形良好的焊缝30。在此基础上综合摆动焊接可以适当增加焊缝熔宽，使得通过本焊接方法得到的待焊接黄铜工件10的焊缝30处表面成型良好，无焊缝凹陷、飞溅等缺陷，焊缝强度高，且由于本实施例提供的激光焊接方法的工序简单、也可以在一定程度上提高焊接效率。
可选地，在对两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处进行摆动焊接时，可以通过驱动机构带动单模光纤激光器运动，其中，该驱动机构的运动方式可以通过控制器进行控制，即控制器可根据预设运动路径控制驱动机构驱动单模光纤激光器按照预设运动路劲进行运动，以使单模光纤激光器的摆动头以预设摆动路径在待焊接接缝20处进行摆动焊接。这样一来，一来可以提高焊接速度，二来可以利于激光焊接的自动化产业形成，从而可以进一步提高焊接速度，且可以降低因人工参与对焊接质量造成的人工误差。需要说明的是，运动机构是用于驱动单模光纤激光器的摆动头按照预设路径进行运动的，而摆动路径是根据单模光纤激光器的设置按照预设摆动路径进行摆动的。例如，以图2所示的拼焊为例，运动机构用于带动单模光纤激光器的摆动头按照待焊接接缝20的延伸路径运动，而摆动头根据单模光纤激光器的设定值以预设摆动路径对待焊接接缝20处进行摆动焊接。
可选地，采用单模光纤激光器(具体为单模光纤激光器的摆动头)以预设摆动路径在两个待焊接黄铜工件10的待焊接处进行摆动焊接，包括：采用单模光纤激光器沿待焊接接缝20处以螺旋式前进的方式进行摆动焊接。这样，形成的焊缝的宽度d也相对比较统一，有利于提高焊缝30的美观度。当然，上述螺旋式前行进行的焊缝30仅为本实施例提供的一种示例，在其他的实施例中，也可以采用其他的焊接路径，例如采用S形等。
为了避免最终形成的焊缝30的焊缝的宽度d过窄，造成焊接质量不佳，或者形成的焊缝30宽度过宽造成焊缝30表面成型变差，可选地，在本实施例中，采用单模光纤激光器在待焊接接缝20处进行摆动焊接之后形成焊缝30，焊缝的宽度d为0.5mm至2.0mm。
示例地，焊缝的宽度d可以为0.5mm、1.0mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或者2.0mm等。其中，在本实施例中，焊缝的宽度d优选1.5mm。
另外，为了使得采用本实施例提供的激光焊接方法得到的焊接接头质量更佳，可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：单模光纤激光器的激光束作用于待焊接黄铜工件10的离焦量在-2mm～+2mm之间。
示例地，该离焦量可以为-2mm、-1mm、0mm、1mm或者2mm等，其中，在本实施例中，优选0mm，这样可形成良好的焊缝30。
还有，可选地，在进行上述焊接步骤S300、采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处以预设摆动路径进行摆动焊接时，还包括：对两个待焊接黄铜工件10的熔池处持续吹送保护气。应理解，熔池是两个待焊接黄铜工件10经激光照射后熔化而形成的。对熔池处进行持续的保护气体吹送可以防止熔池氧化。
可选地，保护气可以为氩气、氮气等。通过对待焊接接缝20处进行旁轴吹送保护气的方式可以有效地清除并隔绝待焊接接缝20处周围的空气，防止在焊接过程熔融的液态金属发生氧化。
可选地，采用单模光纤激光器沿两个待焊接黄铜工件10的待焊接接缝20处以预设摆动路径进行摆动焊接，还包括：单模光纤激光器的激光束作用于待焊接黄铜工件10上的焦点处光斑直径小于0.05mm；单模光纤激光器的焊接头以400mm/s～1000mm/s之间的摆动速度沿待焊接接缝20处进行摆动焊接。示例地，焊接头的摆动速度可以为400mm/s、500mm/s、700mm/s、850mm/s、1000mm/s等。
还有，在本实施例中，单模光纤激光器的激光焊接时所采用的激光功率在800w至2000w之间，焊接头的焊接速度在30mm/s至50之间(此处焊接速度即指焊接头沿待焊接接缝20的延伸方向的前进速度，区别于摆动速度，摆动速度为焊接头进行摆动焊接时设定的速度)。其中，需要说明的是，当对厚度为2mm的待焊接黄铜工件10进行拼焊时，可采用激光功率为1200w，焊接头的焊接速度为50mm/s；当对厚度为1mm的待焊接黄铜工件10进行搭接焊时，则激光功率可以选取1050w，焊接头的焊接速度选取50mm/s。
此处，单模光纤激光器的摆动头所选择的摆动速度要和设置的焊接速度以及预设摆动路径的摆动直径(也为形成焊缝30之后的焊缝的宽度d)相匹配，摆动速度过快会使熔池体积增大，在前部熔池还未凝固时焊缝30后部已熔化，熔池混为一体，同一时刻熔池熔化的体积增大，熔池中锌蒸汽体积增大，伴随熔融液体一起飞出熔池形成焊接飞溅。摆动速度过慢会使焊缝30整体性变差，焊缝30表面可观察到明显的摆动轨迹，焊缝30整体性变差。在本实例中，为使焊接质量更佳，单模光纤激光器的焊接头的摆动速度选择850mm/s，摆动直径(即形成焊缝30后的焊缝30宽度)选择1.5mm。
可选地，为了使得焊接质量更佳，在本实施例中，该单模光纤激光器的焊接头的聚焦镜焦距与焊接头的准直镜焦距之比小于2。
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括：
对两个经过表面清洗的待焊接黄铜工件进行焊接面拼接并固定；
采用单模光纤激光器沿两个所述待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接；
所述采用单模光纤激光器以预设摆动路径在两个所述待焊接黄铜工件的待焊接处进行摆动焊接，包括：
采用单模光纤激光器沿所述待焊接接缝处以螺旋式前进的方式进行摆动焊接。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述采用所述单模光纤激光器在所述待焊接接缝处进行摆动焊接之后形成焊缝，所述焊缝的宽度为0.5mm至2.0mm。
3.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述采用单模光纤激光器沿两个所述待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：
所述单模光纤激光器的激光束作用于所述待焊接黄铜工件的离焦量在-2mm～+2mm之间。
4.根据权利要求3所述的激光焊接方法，其特征在于，所述采用单模光纤激光器沿两个所述待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：
对两个所述待焊接黄铜工件的熔池处持续吹送保护气。
5.根据权利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述保护气为氩气。
6.根据权利要求4所述的激光焊接方法，其特征在于，所述采用单模光纤激光器沿两个所述待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：
所述单模光纤激光器的激光束作用于所述待焊接黄铜工件上的焦点处光斑直径小于0.05mm。
7.根据权利要求6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述采用单模光纤激光器沿两个所述待焊接黄铜工件的待焊接接缝处以预设摆动路径进行摆动焊接，包括：
所述单模光纤激光器的焊接头以400mm/s～1000mm/s之间的摆动速度沿所述待焊接接缝处进行摆动焊接。
8.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述单模光纤激光器的焊接头的聚焦镜焦距与所述焊接头的准直镜焦距之比小于2。
9.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述单模光纤激光器的光束波长为1080nm，且单模光纤激光器的光束质量因子小于或等于1.3。
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