CN112846508B - 一种膜盒的激光加工方法和焊接工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜盒的激光加工方法和焊接工装。激光加工方法包括加工成形筒体、超薄金属板和搭接圆环，并在所述筒体的一端加工形成环状的安装凹槽；通过焊接工装依次将所述超薄金属板和所述搭接圆环装配并压紧在所述筒体一端的安装凹槽内；其中，所述超薄金属板的直径与所述安装凹槽的直径相等，所述搭接圆环的外周壁与所述筒体之间设有焊接界面；向所述筒体内通入保护气体；利用激光焊接装置依次完成所述焊接界面的焊接。本发明实施例可以实现对超薄金属板的激光密封焊接，有利于提高焊接质量、保证膜盒的气密性，同时提高产品合格率。

Description

一种膜盒的激光加工方法和焊接工装

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种膜盒的激光加工方法和焊接工装。

背景技术

激光焊接是利用高能量的激光束聚焦到材料表面，使材料迅速被加热、熔化、凝固形成焊缝从而达到原子间连接的先进方法。激光焊接因其加工精度高、效率高、变形小，热影响区小等特点，在现代航空、航天、汽车等领域连接加工中广泛应用。

激光焊接按照焊接模式分为热导焊和深熔焊，热导焊一般用于0.5mm以下较浅熔深或材料表面的连接；深熔焊则是高能量密度激光迫使材料在激光作用区域因瞬间汽化的金属蒸汽和等离子体的反作用力形成“小孔”从而获得更大的熔深，最终实现窄而深的焊缝，多用于熔深需求0.5mm以上材料的连接。

超薄金属板密封结构可用于膜盒等测压弹性元件。这类产品的制造流程一般是通过成形工艺出零件的型面和构型，通过机加将需要连接的部分加工到所需尺寸，采用激光焊接进行整体的连接，实现整体结构完整性和密封性。

对于激光焊接超薄金属板(板厚小于0.3mm)，由于板料的刚性不足，其焊接边缘加工精度和焊前装配精度很难保证，同时，焊接过程中超薄金属板边缘的固定也难实现，容易造成过大的装配间隙或者焊接过程材料边缘翘起无法施焊；超薄板的激光焊接在工艺参数选择上同样很难优化，即使选用同样的参数，焊接过程中热导焊和深熔焊经常交替出现，使得焊缝极易出现未熔透或者焊漏等缺陷。因此，采用传统的方法进行超薄板的激光焊接，很难实现稳定的焊接。

典型的膜盒焊接结构因成形、加工等方法无法一次加工完成，需要将0.15mm钛合金超薄板(弧顶状)与筒体端面连接并保证密封。若直接采用常规激光焊接方法，即直接焊接超薄板与筒体的结合面，一是大功率激光在薄壁零件与筒体连接处易形成焊瘤，二是由于零件边缘处容易翘曲或配合间隙较大导致熔融金属无法有效填充，从而造成薄板焊漏形成孔洞或因其部分未焊合，从而影响零件的密封。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种膜盒的激光加工方法，通过焊接工装依次将所述超薄金属板和所述搭接圆环装配并压紧在所述筒体一端的安装凹槽上；利用激光焊接装置依次完成所述筒体与所述搭接圆环搭接位置的焊接。可以同时实现对超薄金属板的激光焊接，有利于提高焊接质量。

本发明实施例第二方面提供了一种膜盒的激光加工用焊接工装，包括：固定盘、上固定套、活动支撑杆、上压板和通气管，解决了现有超薄金属板激光焊接过程中不易装夹及由此产生的易产生未焊合、焊漏等缺陷。

(2)技术方案

本发明第一方面的实施例提出了一种膜盒的激光加工方法，包括：

加工成形筒体、超薄金属板和搭接圆环，并在所述筒体的一端加工形成环状的安装凹槽；

通过焊接工装依次将所述超薄金属板和所述搭接圆环装配并压紧在所述筒体一端的安装凹槽内；其中，所述超薄金属板的直径与所述安装凹槽的直径相等，所述搭接圆环的外周壁与所述筒体之间设有焊接界面；

向所述筒体内通入保护气体；

利用激光焊接装置依次完成所述焊接界面的焊接。

进一步地，所述膜盒的激光加工方法还包括在所述筒体、所述超薄金属板和所述搭接圆环加工成形后通过化学清洗。

进一步地，所述焊接界面的焊接顺序为：

首先顺着所述焊接界面均匀布置若干个定位焊点，进行点焊；再依次焊接相邻两个定位焊点之间的焊接界面，形成稳定的焊缝。

进一步地，所述膜盒的激光加工方法还包括：在激光焊接后进行氦气检漏和焊缝探伤。

进一步地，所述超薄金属板的厚度为0.1mm-0.3mm。

进一步地，所述激光焊接装置焊接加工时的熔深比所述焊接界面的深度大，且所述熔深与所述焊接界面的深度之差为第一宽度。

本发明第二方面的实施例提出了一种膜盒的激光加工用焊接工装，包括：

固定盘，所述固定盘用于固定所述筒体，所述筒体位于所述安装凹槽的另一端竖直设置在所述固定盘上端；

上固定套，所述上固定套套设在筒体的上端；

活动支撑杆，所述活动支撑杆在竖直方向上伸缩活动，且所述活动支撑杆的上端设有内部支撑块，所述内部支撑块用于支撑所述超薄金属板；

上压板，所述上压板设有不少于一个，其与所述上固定套连接，用于对所述搭接圆环施加压力；

通气管，所述通气管与保护气源连接，用于向所述筒体内输入焊接用保护气体。

进一步地，所述焊接工装还包括：下底板和支撑座，所述支撑座设置在所述下底板上，所述固定盘设置在所述支撑座上，所述支撑座和所述固定盘上设有连接腔，所述活动支撑杆的下端插设在所述连接腔内。

进一步地，不少于一个的上压板围绕所述上固定套的圆心均匀设置。

进一步地，所述焊接工装还包括：支撑柱，所述支撑柱的下端连接在所述下底板上，所述支撑柱的上端与所述上固定套连接，用于支撑所述上固定套。

进一步地，所述支撑座内设有滚花螺母，所述活动支撑杆穿过所述滚花螺母，并与所述滚花螺母通过螺纹连接。

(3)有益效果

本发明实施例中，由于超薄金属板被搭接圆环牢牢压紧在筒体上，超薄金属板与筒体的焊接部位没有发生变形和翘起等情况，因此焊接质量较高；同时，搭接圆环的外周壁与筒体存在焊接用的焊接界面，利用略大于该界面深度的熔深进行焊接，可以将超薄金属板、搭接圆环与筒体牢牢焊接在一起，且焊接得到的焊缝表面平整度较高。

本发明实施例针对采用现有方法进行超薄金属板的激光焊接，易产生未焊合、焊漏等缺陷的问题，提出一种基于筒体、搭接圆环夹心超薄金属板的设计方式来进行超薄板密封结构的激光焊接，从而实现超薄金属板的高质量高效率激光焊接，并满足结构密封要求；解决了传统的激光焊接方法在焊接超薄金属板时极易形成的焊瘤、焊漏等缺陷，具有成功率高，废品率低，焊接质量稳定的优点。

除此之外，本发明实施例的焊接工装依靠固定盘在筒体下部起到支撑作用，再利用上固定套固定筒体，并依靠上固定套与上压板之间的连接，将筒体、超薄金属板和搭接圆环牢固压紧在一起；接着再利用活动支撑杆支撑刚性较弱的超薄金属板后，利用通气管输入保护气，便实现了膜盒的激光加工时的固定，该工装结构简单、安装使用方便，能稳定可靠地支撑住筒体，能稳定无变形地支撑住超薄金属板，且筒体、超薄金属板和搭接圆环之间依靠上固定套与上压板的压紧，可以用于本发明实施例第一方面的激光焊接方法，有利于提高激光焊接的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明第一方面的一实施例中中筒体、超薄金属板和搭接圆环的连接示意图；

图2是本发明第二方面的一实施例中焊接工装的主视结构示意图。

图中：1、下底板，2、支撑座，3、滚花螺母，4、固定盘，5、上固定套，6、上压板，7、第一螺钉，8、垫圈，9、上压块，10、内部支撑块，11、第二螺钉，12、导向套，13、第三螺钉，14、支撑柱，15、第四螺钉，16、活动支撑杆，17、通气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1-附图2并结合实施例来详细说明本申请。

在说明本发明实施例第一方面的膜盒的激光加工方法前，需要说明的是膜盒的结构。参阅附图1所示，膜盒包括筒体、超薄金属板和搭接圆环，所述筒体的一端设有安装凹槽，所述超薄金属板盖设且完全遮蔽在所述安装凹槽内，安装凹槽的直径与超薄金属板直径相等；所述搭接圆环盖设在所述安装凹槽内且位于所述超薄金属板的外侧，搭接圆环的直径小于安装凹槽的直径；超薄金属板、搭接圆环与安装凹槽同心设置，这样搭接圆环的外周壁与安装凹槽之间会形成一个固定宽度的界面。

根据本发明实施例第一方面的一种膜盒的激光加工方法，所述膜盒的激光加工方法包括如下步骤：

首先，加工成形筒体、超薄金属板和搭接圆环，并在所述筒体的一端加工形成环状的安装凹槽；

然后，通过焊接工装依次将所述超薄金属板和所述搭接圆环装配并压紧在所述筒体一端的安装凹槽内；其中，所述超薄金属板的直径与所述安装凹槽的直径相等，所述搭接圆环的外周壁与所述筒体之间设有焊接界面；

接着，向所述筒体内通入保护气体；

最后，利用激光焊接装置依次完成所述焊接界面的焊接。

在本发明实施例中，利用搭接圆环将超薄金属板与筒体待焊接的部位压紧在一起，这样可以解决了超薄金属板在焊接过程中待焊接部位容易发生变形、翘起等不利情况；然后在保护气体的保护作用下，选择略大于搭接圆环与筒体之间焊接界面深度的熔深进行焊接，将超薄金属板、搭接圆环与筒体焊接在一起。本发明实施例中，由于超薄金属板被搭接圆环牢牢压紧在筒体上，超薄金属板与筒体的焊接部位没有发生变形和翘起等情况，因此焊接质量较高；同时，搭接圆环的外周壁与筒体存在焊接用的焊接界面，利用大于该界面深度的熔深进行焊接，可以将超薄金属板、搭接圆环与筒体牢牢焊接在一起，且焊接得到的焊缝表面平整度较高。

本发明实施例针对采用现有方法进行超薄金属板的激光焊接，易产生未焊合、焊漏等缺陷的问题，提出一种基于筒体、搭接圆环夹心超薄金属板的设计方式来进行超薄板密封结构的激光焊接，从而实现超薄金属板的高质量高效率激光焊接，并满足结构密封要求；解决了传统的激光焊接方法在焊接超薄金属板时极易形成的焊瘤、焊漏等缺陷，具有成功率高，废品率低，焊接质量稳定的优点。

进一步地，根据本发明实施例的膜盒的激光加工方法，还包括在所述筒体、所述超薄金属板和所述搭接圆环加工成形后通过化学清洗。通过化学试剂的清洗可以将筒体、超薄金属板和搭接圆环表面残存的废屑、杂质等去除，确保筒体、超薄金属板和搭接圆环干净、整洁，有利于焊接后保持稳定的状态，提高焊接效果。

进一步地，根据本发明第一方面的又一实施例，膜盒的激光加工方法中的焊接界面的焊接顺序可以为：首先顺着所述焊接界面均匀布置若干个定位焊点，进行点焊；再依次焊接相邻两个定位焊点之间的焊接界面，形成稳定的焊缝。

在本发明实施例中，首先在焊接界面内选择若干个点进行点焊，通过点焊可以将筒体、超薄金属板和搭接圆环初步起到固定，避免直接环形焊接时，超薄金属板易发生翘起；随后，稳定连接的筒体、超薄金属板和搭接圆环再依次通过相邻两个定位焊点之间的焊接界面进行焊接，形成稳定的焊缝；该焊接方法与环形焊接方式相比，具有焊接质量更高，变形更小的优点。

进一步地，根据本发明第一方面的又一实施例中，膜盒的激光加工方法还包括：在激光焊接后进行氦气检漏和焊缝探伤，通过氦气检漏和焊缝探伤可以发现是否存在焊接质量问题，从而可以及时解决存在的缺陷，有利于进一步提高加工质量。

具体地，本发明第一方面的实施例中，适用于超薄金属板的厚度为0.1mm-0.3mm。目前，对于激光焊接板厚小于0.3mm的超薄金属板，由于板料的刚性不足，其焊接边缘加工精度和焊前装配精度很难保证，同时，焊接过程中超薄金属板边缘的固定也难实现，容易造成过大的装配间隙或者焊接过程材料边缘翘起无法施焊；超薄板的激光焊接在工艺参数选择上同样很难优化，即使选用同样的参数，焊接过程中热导焊和深熔焊经常交替出现，使得焊缝极易出现未熔透或者焊漏等缺陷。因此，采用传统的方法进行超薄板的激光焊接，很难实现稳定的焊接。而采用本发明第一方面所示的方法可以很好地完成厚度为0.1mm-0.3mm的超薄金属板的密封焊接，有利于保证焊接质量。

进一步地，根据本发明第一方面的实施例中，激光焊接装置焊接加工时的熔深比焊接界面的深度大，且熔深与焊接界面的深度之差为第一宽度。当然了，在本发明实施例中激光焊接装置焊接加工时的熔深比焊接界面的深度略大，也就是说第一宽度一般为一个较少的数值，比如0.001mm、0.01mm、0.5mm或者2mm等，这样当激光焊接装置焊接加工时的熔深比焊接界面的深度略大时，可以使得筒体与搭接圆环的端面保持齐平，拥有较好的焊缝表面成形，同时，激光焊接装置焊接加工时的熔深比焊接界面的深度不能无限过大，无限过大会造成焊缝出现“塌陷”或者焊缝过大的情况，影响具体焊接效果。因此，第一宽度的具体大小视具体焊接过程而已，其具体大小不应构成对本申请的限制。

参阅附图2所示，根据本发明第二方面实施例的一种膜盒的激光加工用焊接工装，包括：固定盘4，所述固定盘4用于固定所述筒体，所述筒体位于所述安装凹槽的另一端，其竖直设置在所述固定盘4上端；上固定套5，所述上固定套5套设在所述筒体的上端；活动支撑杆16，所述活动支撑杆16在竖直方向上伸缩活动，且所述活动支撑杆16的上端设有内部支撑块10，所述内部支撑块10用于支撑所述超薄金属板；上压板6，所述上压板6设有不少于一个，其与所述上固定套5连接，用于对所述搭接圆环施加压力；通气管17，所述通气管17与保护气源(图中未示出)连接，用于向所述筒体内输入焊接用保护气体。

具体地，活动支撑杆16与内部支撑块10可以通过第二螺钉11连接。

为将筒体、超薄金属板和搭接圆环牢固可靠地安装在一起，在本发明实施例中，首先将筒体竖直放置在固定盘4上，利用固定盘4来支撑筒体；其中参阅附图2所示，固定盘4的下端设有向上的凸起，其可以与筒体内部空心结构过盈配合，起到支撑筒体的目的。

同时，设置的上固定套5一方面起到进一步固定筒体的作用，另一方面可以与上压板6配合连接(后面详细说明)，起到固定超薄金属板和搭接圆环在安装凹槽内的目的。参阅附图2所示，上固定套5可以设置为元环状结构，其直接套在固定盘4位于安装凹槽的一端即可，然后将上固定套5的另一端固定住(可以固定在后续记载的支撑柱14上)，即可实现上固定套5固定筒体的目的。由于超薄金属板刚性较低，因此，设置的活动支撑杆16以及内部支撑块10可以很好地起到支撑超薄金属板的目的，进一步降低超薄金属板的变形问题。上压板6的设置可以沿着固定套5的周向均匀将搭接圆环、超薄金属板压紧在筒体上，从而有利于本发明实施例第一方面的激光焊接。最后，设置的通气管17，可以方便地向筒体内输入焊接用保护气体，从而可以确保激光焊接时焊缝不会被氧化。

综上所述，本发明实施例中，依靠固定盘4在筒体下部起到支撑作用，再利用上固定套5固定筒体，并依靠上固定套5与上压板6之间的连接，将筒体、超薄金属板和搭接圆环牢固压紧在一起；接着再利用活动支撑杆16支撑刚性较弱的超薄金属板后，利用通气管17输入保护气，便实现了膜盒的激光加工时的固定，该工装结构简单、安装使用方便，能稳定可靠地支撑住筒体，能稳定无变形地支撑住超薄金属板，且筒体、超薄金属板和搭接圆环之间依靠上固定套5与上压板6的压紧，可以用于本发明实施例第一方面的激光焊接方法，有利于提高激光焊接的效率。

进一步地，参阅附图2所述，根据本发明第二方面的一实施例中，所述焊接工装还包括：下底板1和支撑座2，所述支撑座2设置在所述下底板1上，所述固定盘4设置在所述支撑座2上，所述支撑座2和所述固定盘4上设有连接腔，所述活动支撑杆16的下端插设在所述连接腔内。下底板1和支撑座2的设置可以降低整个装置的重心，能进一步提高本发明实施例所示焊接工装的稳定性。进一步地，且在活动支撑杆16上还可以设有导向套12，导向套12外壁与连接腔接触，可以确保活动支撑杆16保持竖直状态。

具体地，根据本发明第二方面的一实施例中，不少于一个的上压板6围绕所述上固定套5的圆心均匀设置。这样可以确保搭接圆环、超薄金属板均匀压紧在筒体，减少超薄金属板的变形。

具体地，参阅附图2所述，根据本发明第二方面的一实施例中，所述焊接工装还包括：支撑柱14，所述支撑柱14的下端连接在所述下底板1上，所述支撑柱14的上端与所述上固定套5连接，用于支撑所述上固定套5。具体地，支撑柱14的上端与所述上固定套5可以通过第三螺钉13连接，支撑柱14的下端与下底板1可以通过第四螺钉15连接。

进一步地，参阅附图2所述，根据本发明第二方面的一实施例中，所述支撑座2内设有滚花螺母3，所述活动支撑杆16穿过所述滚花螺母3，并与所述滚花螺母3通过螺纹连接。这样可以转动活动支撑杆16，活动支撑杆16与滚花螺母3便可以发生相对转动，从而可以改变活动支撑杆16在竖直方向的高度，从而活动支撑杆16可以适应不同高度的筒体，达到支撑超薄金属板的目的。

进一步地，参阅附图2所述，根据本发明第二方面的一实施例中，上压板6与上固定套5可以通过第一螺钉7进行连接，具有连接牢固、安装拆卸方便的优点，同时可以在第一螺钉7安装的同时，垫设垫圈8，可以进一步提高连接的牢固性；同时，也可以在超薄金属板上设置上压块9，利用上压块9可以将超薄金属板压紧贴合在内部支撑块上，而上压块9可以通过第一螺钉7固定在上固定套5上即可。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (1)

1.一种膜盒的激光加工方法，其特征在于，包括：

加工成形筒体、超薄金属板和搭接圆环，并在所述筒体的一端加工形成环状的安装凹槽，所述超薄金属板的厚度为0.1mm-0.3mm，在所述筒体、所述超薄金属板和所述搭接圆环加工成形后通过化学清洗；

通过焊接工装依次将所述超薄金属板和所述搭接圆环装配并压紧在所述筒体一端的安装凹槽内；其中，所述超薄金属板的直径与所述安装凹槽的直径相等，所述搭接圆环的外周壁与所述筒体之间设有焊接界面；

向所述筒体内通入保护气体；

利用激光焊接装置依次完成所述焊接界面的焊接，所述焊接界面的焊接顺序为：首先顺着所述焊接界面均匀布置若干个定位焊点，进行点焊；再依次焊接相邻两个定位焊点之间的焊接界面，形成稳定的焊缝；所述激光焊接装置焊接加工时的熔深比所述焊接界面的深度大，且所述熔深与所述焊接界面的深度之差为第一宽度；

在激光焊接后进行氦气检漏和焊缝探伤；

其中，所述焊接工装包括：

固定盘，所述固定盘用于固定所述筒体，所述筒体位于所述安装凹槽的另一端竖直设置在所述固定盘上端；

上固定套，所述上固定套套设在所述筒体的上端；

活动支撑杆，所述活动支撑杆在竖直方向上伸缩活动，且所述活动支撑杆的上端设有内部支撑块，所述内部支撑块用于支撑所述超薄金属板；

上压板，不少于一个的上压板围绕所述上固定套的圆心均匀设置，其与所述上固定套连接，用于对所述搭接圆环施加压力；

通气管，所述通气管与保护气源连接，用于向所述筒体内输入焊接用保护气体；

下底板和支撑座，所述支撑座设置在所述下底板上，所述固定盘设置在所述支撑座上，所述支撑座和所述固定盘上设有连接腔，所述活动支撑杆的下端插设在所述连接腔内；所述支撑座内设有滚花螺母，所述活动支撑杆穿过所述滚花螺母，并与所述滚花螺母通过螺纹连接；

支撑柱，所述支撑柱的下端连接在所述下底板上，所述支撑柱的上端与所述上固定套连接，用于支撑所述上固定套。

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