CN114043084A - 一种激光焊接铝合金冷却板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光焊接铝合金冷却板的方法，包括用于固定待焊接铝合金冷却板的工作台和治具，所述工作台一侧设置有焊接机械手，所述焊接机械手上安装有激光摆动焊接头，焊接时，将铝合金冷却板由工作台和治具固定，焊接机械手带动激光摆动焊接头对铝合金冷却板进行摆动焊接，焊缝的尾端位于一个环形焊接区域内部，本结构通过圆形收尾焊接方式，将焊缝尾端设置在圆形内部，从而将焊缝收尾处的裂纹引向圆内，此种设置即使收尾出现开裂也有圆形焊接环阻挡在该开裂的四周，从而杜绝漏水现象产生，保障了冷却板的密封性。

Description

一种激光焊接铝合金冷却板的方法
技术领域
本发明涉及一种激光焊接技术领域，特别是涉及一种激光焊接铝合金冷却板的方法。
背景技术
基于铝合金重量轻，易于切削加工的特点，汽车行业，尤其是新能源汽车领域大规模的应用铝合金进行生产制造，但从材料自身的性能而言，1系铝合金焊接性良好，但自身强度太差，5系、6系、7系铝合金自身强度高但焊接性太差，不利于焊接加工，而3系铝合金材料焊接性与自身强度介于两者之间。但基于3系铝合金中S、P、Si、Mn等元素的存在，焊后裂纹无法完全避免，焊接裂纹不仅是一种巨大的焊接缺陷，还会带来安全隐患。
铝合金冷却板材质一般为3系铝合金。铝合金冷却板又是铝合金焊接加工中难度最高的一类，是要求焊后完全密封的重要构件，在进行焊接时，裂纹主要出现在焊缝收尾处的弧坑中，裂纹的存在会直接关系到此构件合格与否。因而，有必要提供一种新的焊接方式来解决上述问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种激光焊接铝合金冷却板的方法，可有效规避裂纹带来的安全隐患。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光焊接铝合金冷却板的方法，包括用于固定待焊接铝合金冷却板的工作台和治具，所述工作台一侧设置有焊接机械手，所述焊接机械手上安装有激光摆动焊接头，还包括与激光摆动焊接头连接的激光器；
焊接时，将铝合金冷却板由工作台和治具固定，焊接机械手带动激光摆动焊接头对铝合金冷却板进行摆动焊接，焊缝的尾端位于一个环形焊接区域内部。
进一步的是：当直线焊接时，焊接到距离尾部一段距离时焊接一个环形，当焊接到该环形端部时，向该环形内部继续焊接一段距离，使得该直线焊缝尾端位于该环形内。
进一步的是：当环形焊接时，焊接到环形端点时，继续向该环形内部焊接一段距离，使得该焊缝尾端位于该环形内。
进一步的是：在激光摆动焊接头对铝合金焊缝进行摆动焊接前，使用酒精和无尘布在待焊部位表面擦拭掉油污灰尘。
进一步的是：所述激光摆动焊接头下侧设置有气刀，所述气刀的出风口方向与激光摆动焊接头底部平行。
进一步的是：所述治具为碳钢板治具，所述工作台为磁吸台。
进一步的是：所述碳钢板治具的厚度为15-30mm。
进一步的是：所述激光摆动焊接头的摆动宽度范围为0.5-0.6mm、激光摆动焊接头的摆动频率为100-160Hz、焊接机械手的焊接速度为60-90mm/s、激光器的功率为1100-1500w。
进一步的是：所述激光器为抗高反激光器。
本发明的有益效果是：
焊接收尾时将收尾端放在圆内可有效规避裂纹带来的安全隐患，保证铝合金冷却板的密封性。
焊接前使用酒精擦拭铝合金表面，使得铝合金表面无明显脏污，从而提供了良好的焊前条件。
厚重的治具外加工作台的磁吸功能，可限制铝合金焊接变形，从而使焊缝位置更加精准到位。
激光摆动焊接头的高速度，低摆动宽度，高摆动频率的设置更容易降低焊接裂纹倾向，保护气虽然使焊缝表面更加光亮但会增加裂纹倾向，因此去除保护气的使用，本申请通过增加气刀的使用来为激光头保护镜片提供一种屏障，避免保护镜片被焊接飞溅和烟尘污染而影响焊接作业。
本申请通过抗高反激光器的选择可以长时间进行铝合金焊接作业而不用担心设备损伤，激光摆动焊接头的选择使焊缝表面更加均匀平整，焊缝熔宽可控，降低熔深波动，从而使得内部气孔缺陷大大降低。
附图说明
图1为本申请实施例的激光焊接铝合金冷却板的结构示意图。
图2为本申请实施例的激光焊接铝合金冷却板的直线焊缝收尾示意图。
图3为本申请实施例的激光焊接铝合金冷却板的圆形焊缝收尾示意图。
图4为本申请实施例的激光焊接铝合金冷却板的冷却板截面示意图。
图中标记为：1、工作台；2、焊接机械手；3、激光摆动焊接头；4、治具；5环形；6、焊缝尾端。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图4所示，本申请的实施例公开了一种激光焊接铝合金冷却板的方法，包括用于固定待焊接铝合金冷却板的工作台1和治具4。所述工作台1一侧设置有焊接机械手2。所述焊接机械手2上设置有激光摆动焊接头3，还包括与激光摆动焊接头3连接的激光器。
焊接时，将铝合金冷却板由工作台1和治具4固定，焊接机械手2带动激光摆动焊接头对铝合金冷却板进行摆动焊接，焊缝的尾端位于一个环形5焊接区域内部。
焊接时，按照图纸要求摆放好铝合金板，一般是下层较厚上层较薄，再使用治具对摆放好的铝合金板压合固定，机器人带动激光摆动焊接头3开始沿着设定路线进行焊接。
具体的，如图2所示，若所焊接路径呈直线，焊接到距离尾部一段距离时，激光摆动焊接头继续焊接环形5，当环形5焊接成封闭状后，继续向环形封闭状内部焊接一段距离，使得焊缝尾端6位于环形5内部，上述直线至环形为连续式焊接。
如图3所示，若所焊接路径呈环形5，则当环形5焊接完成后，继续向环形5内部焊接一段距离，使得焊缝尾端6位于环形内部。
上述环形可为圆形、方形、三角形等各种封闭形状。
本结构通过圆形收尾焊接方式，将焊接尾端设置在圆形内部，从而将焊缝收尾的裂纹引向圆内，此种设置即使收尾出现开裂也有圆形焊接环阻挡在该开裂的四周，从而杜绝漏水现象产生，保障了冷却板的密封性，同时本方法选用机器人进行焊接作业，原因为：机器人工作运行流畅，不易受到外界因素干扰。同时摆动式焊接可以有效降低焊接缺陷，提高焊接质量。
本实施例中，在激光摆动焊接头对铝合金板进行摆动焊接前，使用酒精和无尘布在待焊部位表面擦拭油污灰尘。
上述步骤的设置可提供了良好的焊前条件，保证后续工序的稳定进行。
本实施例中，所述摆动激光头下侧设置有气刀，所述气刀的出风口方向与激光摆动焊接头底部平行。
工作时，气刀吹出压缩空气，所用压缩空气气压约为0.5 MPa-1.0 MPa。
上述气刀的设置可以为激光头保护镜片提供一种屏障，避免保护镜片被焊接飞溅和烟尘污染而影响焊接作业。
同时本申请去除了吹气装置，保护气虽然能使焊缝表面更加光亮，但保护气吹向焊缝会增加其裂纹倾向，因此本申请通过去除保护气来进一步减少焊缝中裂纹的产生。
本实施例中，所述治具为碳钢板治具，所述工作台1为磁吸台，所述碳钢板治具4的厚度为15-30mm。
上述治具的具体厚度可以为15mm、20mm、30mm等。
本结构通过厚重的治具4外加工作台1的磁吸功能，可限制铝合金焊接变形，从而使焊缝位置更加精准到位。
本实施例中，所述激光摆动焊接头的摆动宽度范围为0.5-0.6mm、激光摆动焊接头的摆动频率为100-160Hz、焊接机械手的焊接速度为60-90mm/s、激光器的功率为1100-1500w。
上述摆动宽度可为0.5mm、0.55mm、0.6mm等，摆动频率可为100Hz、130Hz、160Hz等、焊接速度可为60mm/s、80mm/s、90mm/s等、激光器的功率可为1100w、1300w、1500w等。
采用上述特殊的焊接工艺参数设置，即摆动宽度小、频率高，焊接速度快。通过大量实验验证，这样的工艺参数在保障焊缝熔深的前提下可大幅降低热影响区和热变形，提高了焊缝质量。
本实施例中，所述激光器为抗高反激光器，该抗高反激光器的光纤芯径为50um。
上述激光器穿透力强、抗高反，适合长时间进行铝合金焊接作业。
以下为本方法的一个具体实施例：
步骤1，按照图纸要求在工作台1上摆放好铝合金板，一般是下层较厚上层较薄；
步骤2，按照图纸要求摆放好治具4，一般为厚重的碳钢板，开启工作台1的磁吸功能，在治具的压合及强大的磁吸力下，上下两层铝合金板的间隙完全贴合；
步骤3，用酒精和无尘布擦拭待焊部位表面，擦拭完毕自然风干三分钟；
步骤4，开启摆动头附带气刀，所用压缩空气气压约为0.5MPa-1.0MPa；
步骤5，设置摆动头参数，具体为：摆动宽度0.6 mm，摆动频率120Hz，设置激光功率为1200W，对机器人进行设置，将焊接速度设置为90mm/s；
步骤6，机器人开启自动模式开始摆动焊接，焊接到尾部时，激光摆动焊接头焊接圆形收尾，使得焊缝最尾端位于圆形内部。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：包括治具（4）和工作台（1），所述工作台（1）一侧设置有焊接机械手（2），所述焊接机械手（2）上安装有激光摆动焊接头（3），还包括与激光摆动焊接头（3）连接的激光器；
焊接时，在工作台（1）上用治具（4）将待焊铝合金冷却板压合到位，焊接机械手带动激光摆动焊接头对治具（4）下的铝合金冷却板进行摆动焊接，焊缝的尾端位于一个环形焊接区域内部。
2.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：当直线焊接时，焊接到距离尾部一段距离时焊接一个环形（5），当焊接到该环形（5）端部时，向该环形（5）内部继续焊接一段距离，使得该直线焊缝尾端（6）位于该环形内。
3.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：当环形（5）焊接时，焊接到环形端点时，继续向该环形（5）内部焊接一段距离，使得该焊缝尾端（6）位于该环形内。
4.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：在激光摆动焊接头对铝合金焊缝进行摆动焊接前，使用酒精和无尘布在待焊部位表面擦拭掉油污灰尘。
5.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：所述激光摆动焊接头下侧设置有气刀，所述气刀的出风口方向与激光摆动焊接头底部平行。
6.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：所述治具为碳钢板治具，所述工作台（1）为磁吸台。
7.如权利要求6所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：所述碳钢板治具的厚度为15-30mm。
8.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：所述激光摆动焊接头（3）的摆动宽度范围为0.5-0.6mm、激光摆动焊接头（3）的摆动频率为100-160Hz、焊接机械手的焊接速度为60-90mm/s、激光器的功率为1100-1500W。
9.如权利要求1所述的激光焊接铝合金冷却板的方法，其特征在于：所述激光器为抗高反激光器。
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