CN113770532A - 一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，本发明涉及多层高强钢点焊方法领域。本发明要解决现有焊接接头强度降低的技术问题。方法：一、对待焊高强钢进行预处理；二、将高强钢多层搭接固定；三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向进行激光空间三维向下内螺旋点焊。本发明可以获得更大的宽深比，激光空间三维向下内螺旋点焊可以起到固定焊缝，减少焊接接头变形的作用，有效改善高强钢点焊接头变形的问题，实现有间隙多层高强钢的搭接焊接，增加接头强度，提高焊件整体温度，消除裂纹。本发明用于点焊多层高强钢。

Description

一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法
技术领域
本发明涉及多层高强钢点焊方法领域。
背景技术
目前，汽车车身框架逐步使用高强钢，而其连接主要为钢板的搭接，而为了实现汽车的轻量化，电阻点焊、激光焊是汽车高强度钢的主要焊接工艺。点焊焊接工艺是汽车高强度钢的主要焊接工艺。在汽车制造过程中，通常有许多点焊焊点，一般在5000个焊点左右。汽车车身的安全性与耐久性与点焊焊接接头关系十分密切。由于点焊过程中温度高，焊后冷却速度快，容易发生热影响区软化的现象，造成防护能力下降，所以在点焊接头拉伸和剪切试验中，焊接接头很容易发生断裂，也就是点焊接头达不到使用要求，其接头质量不达标。而对于另外两种汽车车身常用焊接方法，激光焊接和电弧焊接而言，这两种方法热输入量较大，焊接温度高，需要大量热量来熔化金属，所以焊接参数与质量不能保证，容易发生除热影响区软化外，形成气孔，缩孔等其他缺陷，从而导致焊接接头强度降低。而本发明意在解决传统激光点焊所带了的问题。
发明内容
本发明要解决现有焊接接头强度降低的技术问题，而提供一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法。
一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，具体按以下步骤进行：
一、对待焊高强钢搭接部位进行打磨，清洗，露出金属光泽；
二、将步骤一处理后的高强钢固定，采用多层搭接的方式进行装配；
三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向对步骤二多层搭接装配的高强钢进行激光空间三维向下内螺旋点焊。
进一步的，步骤一所述高强钢的厚度为0.8～1.5mm。
进一步的，步骤二高强钢搭接层数为3～4层，相邻高强钢搭接间隔为0.1～0.5mm。
进一步的，步骤三所述激光焊接的激光功率为4-8kW。
进一步的，步骤三所述激光焊接的聚焦光斑直径为0.4～0.8mm；离焦量为-3～0mm。
进一步的，步骤三所述激光焊接的焦点旋转频率为10～60Hz。
进一步的，步骤三所述激光焊接的焦点螺旋旋转最大半径为1.0～2.5mm，最小半径为0.5～1.2mm。
进一步的，步骤三所述激光焊接的点焊时间0.4～3.0s。
进一步的，步骤三所述激光焦点垂直移动的距离为1～3mm。
进一步的，步骤三所述激光焊接的螺旋线中心停留时间为0.1～1s。
所用高强钢为国产NP550防弹钢，抗拉强度达到1600MPa
本发明的有益效果是：
本发明方法在目前工艺相对稳定的激光螺旋焊焊接基础上进行优化改进，相比于传统外螺旋平面激光焊接，本方法改变激光螺旋线方向，使用激光振镜系统进行激光内螺旋焊接，同时改变传统平面二维螺旋线方式，配合机器人运动，将空间三维向下路径引入到焊接过程中，较传统激光焊接高强钢有三点优势，其一，采用螺旋焊接，相比传统的激光点焊，可以获得更大的宽深比，并且激光空间三维向下内螺旋点焊可以起到固定焊缝，减少焊接接头变形的作用，可以有效的改善高强钢点焊接头变形的问题。其二，内螺旋三维向下激光点焊可以实现有间隙多层高强钢的搭接焊接增加其接头强度。其三，对于高强钢而言，焊接裂纹为主要的焊接缺陷，使用内螺旋的焊接方式以及最后激光束在螺旋线中心停留的工艺步骤可以提高焊件整体温度，对于消除裂纹有重大意义，所以激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢具有明显的生产优势。
本发明用于点焊多层高强钢。
附图说明
图1为具体实施方式一步骤二所述多层搭接方式装配示意图；
图2为具体实施方式一步骤三所述螺旋点焊的焊接扫描路线图，其中R1代表焦点螺旋旋转最大半径，R2代表焦点螺旋旋转最小半径；
图3为实施例一所述激光飞行焊扫描振镜系统结构示意图，其中1代表激光器，2代表激光器控制系统，3代表机器人控制系统，4代表六轴联动机器人，5代表待焊搭接板材，6代表飞行振镜控制系统；
图4为实施例一焊接高强钢的搭接焊缝照片；
图5为实施例一焊接高强钢的搭接焊缝中心微观组织照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、对待焊高强钢搭接部位进行打磨，清洗，露出金属光泽；
二、将步骤一处理后的高强钢固定，采用多层搭接的方式进行装配；
三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向对步骤二多层搭接装配的高强钢进行激光空间三维向下内螺旋点焊。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述高强钢的厚度为0.8～1.5mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二高强钢搭接层数为3～4层，相邻高强钢搭接间隔为0.1～0.5mm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三所述激光焊接的激光功率为4-8kW。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三所述激光焊接的聚焦光斑直径为0.4～0.8mm；离焦量为-3～0mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述激光焊接的焦点旋转频率为10～60Hz。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三所述激光焊接的焦点螺旋旋转最大半径为1.0～2.5mm，最小半径为0.5～1.2mm。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三所述激光焊接的点焊时间0.4～3.0s。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三所述激光焦点垂直移动的距离为1～3mm。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三所述激光焊接的螺旋线中心停留时间为0.1～1s。其它与具体实施方式一至九之一相同。
所述螺旋线中心停留时间为图2中end点的停留时间。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，按以下步骤进行：
一、对待焊高强钢搭接部位进行打磨，清洗，露出金属光泽；处理范围为待焊区域50mm以内；
二、将步骤一处理后的高强钢固定，采用多层搭接的方式进行装配；
三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向配合机器人机械臂对步骤二多层搭接装配的高强钢进行激光空间三维向下内螺旋点焊。
步骤一所述高强钢的厚度为0.8mm。
步骤二高强钢搭接层数为3层，相邻高强钢搭接间隔为0.1mm。
步骤三所述激光焊接的激光功率为4kW；聚焦光斑直径为0.4mm；离焦量为0mm；焦点旋转频率为10Hz；焦点螺旋旋转最大半径为1.0mm，最小半径为0.5mm；点焊时间0.4s。
步骤三所述激光焊接的机器人机械臂向下运动距离1mm，即激光焦点垂直移动的距离为1mm。
步骤三所述激光焊接的螺旋线中心停留时间为0.1s。
本实施例焊接的高强钢的抗拉强度为1301MPa。
本实施例焊接高强钢的搭接焊缝照片，如图4所示；
本实施例焊接高强钢的搭接焊缝中心微观组织照片，如图5所示；
由焊缝照片可以看出钢板间隙搭接熔合良好，未形成裂纹、未产生焊接缺陷。
本实施例激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢解决的焊接过程中钢板有间隙搭接熔合不良与焊接过程中接头变形的问题，并且有效的控制的裂纹的形成，减少了焊接缺陷的产生，并且一定程度上提高了生产质量与效率。
实施例二：
本实施例一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，按以下步骤进行：
一、对待焊高强钢搭接部位进行打磨，清洗，露出金属光泽；处理范围为待焊区域50mm以内；
二、将步骤一处理后的高强钢固定，采用多层搭接的方式进行装配；
三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向配合机器人机械臂对步骤二多层搭接装配的高强钢进行激光空间三维向下内螺旋点焊。
步骤一所述高强钢的厚度为1.5mm。
步骤二高强钢搭接层数为4层，相邻高强钢搭接间隔为0.2mm。
步骤三所述激光焊接的激光功率为8kW；聚焦光斑直径为0.6mm；离焦量为-3mm；焦点旋转频率为10Hz；焦点螺旋旋转最大半径为2.5mm，最小半径为1.2mm；点焊时间3.0s。
步骤三所述激光焊接的机器人机械臂向下运动距离1mm，即激光焦点垂直移动的距离为1mm。
步骤三所述激光焊接的螺旋线中心停留时间为0.1s。

Claims (10)

1.一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、对待焊高强钢搭接部位进行打磨，清洗，露出金属光泽；
二、将步骤一处理后的高强钢固定，采用多层搭接的方式进行装配；
三、采用激光飞行焊扫描振镜系统按螺旋线向内方向对步骤二多层搭接装配的高强钢进行激光空间三维向下内螺旋点焊。
2.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤一所述高强钢的厚度为0.8～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤二高强钢搭接层数为3～4层，相邻高强钢搭接间隔为0.1～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的激光功率为4-8kW。
5.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的聚焦光斑直径为0.4～0.8mm；离焦量为-3～0mm。
6.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的焦点旋转频率为10～60Hz。
7.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的焦点螺旋旋转最大半径为1.0～2.5mm，最小半径为0.5～1.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的点焊时间0.4～3.0s。
9.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焦点垂直移动的距离为1～3mm。
10.根据权利要求1所述的一种激光空间三维向下内螺旋点焊多层高强钢的方法，其特征在于步骤三所述激光焊接的螺旋线中心停留时间为0.1～1s。
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