CN114393306A - 一种激光焊接方法及激光焊接构造体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光焊接方法，属于焊接领域。其特征在于，包括将至少两个焊接板通过激光焊接在一起的步骤，所述激光的运动轨迹为螺旋环形，且所述运动轨迹为直线或由直线和为曲线形式的拐角线组成。本发明通过改变现有激光焊接中的激光运动轨迹，使激光焊最大限度的以理想状态下的焊接轨迹运动，从而使得激光焊在工作时能够最大限度的保证锁孔形状和熔池流动的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别是涉及激光焊接方法以及激光焊接构造体。
背景技术
丰田汽车为了提高车身刚性，开发了一种叫LSW(Laser Screw Welding，激光螺旋焊)的新型点焊焊接方法。在原来电阻点焊的焊接部之间增加1-2处激光点焊以此来提高它的刚性，同时也提高了车体的操纵稳定性和安静性技术。此技术类似远距离激光焊接，根据光束数次旋转，有记载即使板间间隙很大情况下也可以防止焊接不上，控制熔深变小的不良发生。
激光螺旋焊通过激光光束照射焊板，形成熔池，并将激光照射至熔池以使得熔池流动，来焊接叠置在一起的多个焊板。通过激光照射的轨迹形成圆形、椭圆形或其他同心形状来熔融焊板的焊接处，使得多个焊板焊接在一起。
然而，上述技术方案中在实际的工作过程中会产生过烧和发生飞溅等问题，此外，一旦焊缝的距离超过1mm，则随激光旋转方向移动形成的熔池，因为锁孔形状不稳定，导致熔池流动也非常不稳定。根据这些会产生熔深不足等不良。特别是板间间隙非常大的情况下，容易发生未焊接和表面凹陷，孔洞等各种各样的不良情况，此外，激光光速次数旋转过多还会导致熔池熔穿焊板的情况，无法精准的掌握焊接部的实际焊接情况，需要在焊接完成后对焊接部进行检测才能确认其焊接情况。
此外，由于焊接部位置和大小的限制，目前的激光螺旋焊焊接方案中，并没有能够保证锁孔形状稳定，并保证熔池稳定移动锁孔形状稳定的技术方案。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种激光焊接方法，使得激光焊在工作时所产生的锁孔形状和熔池流动更加稳定。
本发明一个进一步的目的是要使得激光焊接形成的焊接部更加牢固。
特别地，本发明提供了一种激光焊接方法，其特征在于，包括将至少两个焊接板通过激光焊接在一起的步骤，所述激光的运动轨迹为螺旋环形，且所述运动轨迹为直线或由直线和为曲线形式的拐角线组成。
进一步地，所述运动轨迹由多个周期性排列的运动轨迹段组成；
每个所述运动轨迹段的折角或拐角线的数量少于预设值。
进一步地，所述运动轨迹中所有拐角线的总长度小于或等于所述运动轨迹的总长度的20％。
进一步地，所述运动轨迹中各个运动轨迹段的形状相同。
进一步地，所述运动轨迹中各个运动轨迹段的形状不同。
进一步地，所述运动轨迹中运动轨迹段为三角形或矩形。
进一步地，所述激光焊接方法中，将所述激光的中心轴在所述焊接板上的正投影作为所述激光的运动轨迹的中心点，并使所述激光从靠近所述中心点的起始点开始向外做螺旋环形运动，以形成所述运动轨迹。
进一步地，所述激光焊接方法中，将所述激光的中心轴在所述焊接板上的正投影作为所述激光的运动轨迹的中心点，并使所述激光从远离所述中心点的起始点开始向内做螺旋环形运动，以形成所述运动轨迹。
一种激光焊接构造体，通过上述所述的激光焊接方法形成，其特征在于，包括第一焊板、第二焊板和焊接部，所述第一焊板和所述第二焊板通过所述焊接部连接。
本发明通过改变现有激光焊接中的激光运动轨迹，使激光焊最大限度的以理想状态下的焊接轨迹运动，从而使得激光焊在工作时能够最大限度的保证锁孔形状和熔池流动的稳定性。
进一步地，本发明通过保证锁孔形状和熔池流动的稳定性，从而保证了激光焊所形成的焊接部的牢固性。
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的激光焊接工作原理主视图；
图2是根据本发明一个实施例的激光焊接移动工作原理视图；
图3是根据本发明一个实施例的激光焊接工作原理剖视图；
图4是根据本发明一个实施例的激光焊接直线移动时熔池结构图；
图5是根据本发明一个实施例的激光焊接曲线移动时熔池结构图；
图6是根据本发明一个实施例的激光焊接时激光移动轨迹示意图；
图7是根据本发明另一个实施例的激光焊接移时激光移动轨迹示意图；
图8是根据本发明还一个实施例的激光焊接移时激光移动轨迹示意图；
图9是现有技术中激光螺旋焊接的效果图和剖视图；
图10是根据本发明一个实施例的激光运动轨迹焊接的效果图和剖视图；
图11是根据本发明另一个实施例的激光运动轨迹焊接的效果图和剖视图；
图中：1-激光光束，100-中心点，2-蒸发物，3-焊板，30-第一焊板，31-第二焊板，4-锁孔，5-运动轨迹，51-拐角线，52-直线，6-熔池，600-飞溅，7-流动路径。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的激光焊接工作原理主视图。图2是根据本发明一个实施例的激光焊接移动工作原理视图。图3是根据本发明一个实施例的激光焊接工作原理剖视图。如图1、图2和图3所示，激光焊接的基本原理为：激光光束1照射焊板3时，激光光束1会被焊板3的表面吸收，与此同时焊板3的表面瞬间熔融气化，喷出蒸发物2形成小凹坑。在凹坑上照射的激光光束1会被熔融部所吸收、熔融、气化，蒸发物2不断的喷出。因凹坑的墙面大幅增加了多重反射激光光束的吸收率从而形成锁孔4。当激光光束1以适当的速度移动，锁孔4内的蒸汽压，熔融部的表面张力，熔融部的重力等维持着力的平衡，激光光束1熔化前方的焊板3的表面，这个熔融部分在锁孔4周围游走，和后方合流凝固形成焊珠，从而完成焊接工作。
图4是根据本发明一个实施例的激光焊接直线移动时熔池结构图。图5是根据本发明一个实施例的激光焊接曲线移动时熔池结构图。在一个实施例中，如图4和图5所示，为保证焊接部的牢固，最重要的是维持锁孔4的平衡，在锁孔4的前方的熔融金属被左右均等分开，因此保证熔池6内的流动路径7左右对称稳定，形成最稳定的焊接部。当激光光束1的运动轨迹5沿直线运动时，熔池6内的流动路径7左右对称，从而形成稳定的焊接部；当激光光束1的运动轨迹5沿曲线运动时，激光光束1两侧的熔池6因为激光光束1的热量影响，无法均匀流动，使其无法形成均与的熔池6，此外，在曲线运动过程中由于熔池6的不稳定性，还会导致熔池6产生飞溅600，进而会影响到激光焊接的效果。因此要保证激光焊接时熔池6的稳定性，就得使得激光光速1的运动轨迹5尽量的保证直线运行。
图6是根据本发明一个实施例的激光焊接时激光移动轨迹示意图。图7是根据本发明另一个实施例的激光焊接移时激光移动轨迹示意图。图8是根据本发明还一个实施例的激光焊接移时激光移动轨迹示意图。在一个实施例中，如图6、图7和图8所示，为了使得激光螺旋焊接能够使激光最大限度的以理想状态下的焊接轨迹运动，进而使得激光焊在工作时能够最大限度的保证锁孔形状和熔池6的流动路径7的稳定性。本发明采用了一种新的激光运动轨迹来焊接，该激光光束1的运动轨迹5为螺旋环形结构，由直线52或者直线52和曲线形式的拐角线51组成，能够使得激光螺旋焊在焊接的过程中保证熔池6的运动轨迹，进而保证熔池6的稳定性。
详细来说，如图6和图7所示，激光光束1围绕着中心点100，沿着运动轨迹5开始做螺旋环形运动，将第一焊板30和第二焊板31点焊在一起，其中，激光光束1的运动方向可以是由内到外，将激光光束1的中心轴在焊接板上的正投影作为激光的运动轨迹5的中心点100，并使激光光束1从靠近中心点100的起始点开始向外做螺旋环形运动，以形成运动轨迹5，如图6中(i)所示。也可以由外到内，将激光光束1的中心轴在焊接板上的正投影作为激光的运动轨迹5的中心点100，并使激光光束1从远离中心点100的起始点开始向内做螺旋环形运动，以形成运动轨迹5，如图6中(ii)所示。
此外，运动轨迹5也可以为沿着中线点100的直线多边形螺旋环形，如图7所示，总之，使激光运动轨迹5的运动线形呈直线形的均可满足，包括但不限制于矩形、三角形、长方形等轴对称的激光运动轨迹5。
进一步地，如图8所示，在保证激光螺旋焊运动轨迹5的基础上，其每个直线运动轨迹5的连接处可设置为曲线形式的拐角线51的结构设计，通过设置曲线形式的拐角线51，能够使得激光运动轨迹5更加的平滑，为了保证焊接过程中熔池6的稳定性，拐角线51的总长度要小于等于运动轨迹5的总长度的20％。
更进一步的来说，只要当激光光束1的运动轨迹5的曲率半径(r≤15mm)的话，熔池6的流动路径7就会变得不稳定，这样就会容易加大焊接缺陷的产生。当激光光束1的运动轨迹5的曲率半径(r＞15mm)的话，则能有效地保证熔池6的流动路径7的稳定性，进而使得焊接能达到预期的技术需求，因此，在实际的生产操作中，只要激光光束1的运动轨迹5的曲率半径(r＞15mm)即可。
本实施例中，通过设置激光光束1的运动轨迹5的运行路径，使得激光螺旋焊在焊接的过程中按照预设的运动轨迹5进行运动，不仅保证了熔池6的稳定性，从而提升的焊接部的牢固性和可靠性，而且由于焊接部形状是轴对称的，能进一步提高对接口的疲劳强度，冲击强度，使其信赖性也随之提高。
更进一步地，图9是现有技术中激光螺旋焊接的效果图和剖视图。图10是根据本发明一个实施例的激光运动轨迹焊接的效果图和剖视图。图11是根据本发明另一个实施例的激光运动轨迹焊接的效果图和剖视图。如图9、图10和图11所示，图9(a)中为现有技术中激光螺旋焊运动轨迹5形成的焊斑，图9(b)为图9(a)中的剖视图，能清楚的看出其焊接处的缺陷。图10(a)和图11(a)沿本发明中运动轨迹5的激光螺旋焊焊接形成的焊斑，图10(b)和图11(b)为对应的剖视图，与现有技术中图9所对比，本实施例中的运动轨迹5不仅保证了熔池6的稳定性，从而提升的焊接部的牢固性和可靠性，而且由于焊接部形状是轴对称的，能进一步提高对接口的疲劳强度，冲击强度，使其信赖性也随之提高。
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 (9)
1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括将至少两个焊接板通过激光焊接在一起的步骤，所述激光的运动轨迹为螺旋环形，且所述运动轨迹为直线或由直线和为曲线形式的拐角线组成。
2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述运动轨迹由多个周期性排列的运动轨迹段组成；
每个所述运动轨迹段的折角或拐角线的数量少于预设值。
3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述运动轨迹中所有拐角线的总长度小于或等于所述运动轨迹的总长度的20％。
4.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述运动轨迹中各个运动轨迹段的形状相同。
5.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述运动轨迹中各个运动轨迹段的形状不同。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述运动轨迹中运动轨迹段为三角形或矩形。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法中，将所述激光的中心轴在所述焊接板上的正投影作为所述激光的运动轨迹的中心点，并使所述激光从靠近所述中心点的起始点开始向外做螺旋环形运动，以形成所述运动轨迹。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法中，将所述激光的中心轴在所述焊接板上的正投影作为所述激光的运动轨迹的中心点，并使所述激光从远离所述中心点的起始点开始向内做螺旋环形运动，以形成所述运动轨迹。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的激光焊接方法形成的激光焊接构造体，其特征在于，包括第一焊板、第二焊板和焊接部，所述第一焊板和所述第二焊板通过所述焊接部连接。
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