CN114406458A - 一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接工艺技术领域，具体涉及一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺，本发明焊接工艺基于激光焊接系统实现，焊接工艺包括如下过程：将板片式换热片固定于工作台，预设激光焊接头的焊接轨迹及焊接参数，利用激光焊接头对板片式换热片进行激光焊接；由本发明提供的激光焊接系统及焊接工艺具有自动化程度高、生产效率高的优势，同时焊接变形小，焊缝美观，无需后续的整形处理，整体焊接质量高。

Description

一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺
技术领域
本发明属于焊接工艺技术领域，具体涉及一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺。
背景技术
激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，其原理可分为热传导型焊接和深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm2为热传导型焊接，此时熔深较浅、焊接速度较低；功率密度大于105～107W/cm2时为深熔焊接，金属在受热作用下蒸发形成小孔，吸收较高的入射光束能量，形成深熔焊，此时具有焊接速度快、深宽比大的特点。
板片式换热片用于板式换热器及制冷设备等，主要材料为碳钢或不锈钢，换热片焊接质量的好坏直接影响到设备的整体性能及工作状况。因此生产时需保证焊接质量及焊接效率。换热片结构较为特殊，由两块薄板组成，板厚仅为1.2～1.5mm，且面积较大，长度约800mm，宽度约500mm，而焊点间距仅在20mm左右，焊点均匀分布于整块换热片，因此焊接位置多且密集，由于焊接热输入的影响，焊点之间距离小，分布密度大，非常容易导致工件整体产生变形。
目前多采用电阻焊对板片式换热片进行焊接，即通过电阻加热产生的电高温进行焊接，由于热输入较大，热影响区较宽，温度难以控制，易导致焊缝性能下降，工件易出现变形等问题；另外电阻焊接需要预热，生产效率一般。一般焊接的起始点、收焊点易出现质量缺陷，如焊坑等，造成焊接不美观，焊接质量低，给焊接后产品造成安全隐患。由于换热片长期于水压环境下工作，需确保其焊缝的综合性能，传统的电阻焊工艺很难满足上述要求。因而有必要针对板片式换热片的特殊结构及焊缝性能要求开发出一种焊缝综合性能优异的焊接工艺。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺，具有焊缝美观，焊接工件变形小，焊接效率高、适于自动化焊接操作。
基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种板片式换热片的激光焊接系统，该激光焊接系统包括固定板片式换热片的工作台和用于对板片式换热片进行激光焊接的机器人，机器人的机械臂末端安装有激光焊接头，激光焊接头位于工作台的上方，激光焊接头内设有镜片，镜片包括聚焦镜和准直镜；激光焊接接头内还设有激光器。
进一步地，激光焊接头中聚焦镜焦距为100～300mm；准直镜焦距为100～200mm。
进一步地，激光器为光纤激光器，光纤激光器的最大输出功率为3kW，光纤直径为50～100μm。
本发明提供的激光焊接系统，通过对机器人进行运动路径以及焊接参数的预设，即可实现对板片式换热片的焊接，具有焊接效率高的优势。
另外，本发明提供的激光焊接系统易集成于生产线中，可有效提高激光焊接的自动化程度及焊接产品质量，降低操作者的劳动强度，节约时间及人力，降低产品的整体制造成本。
第二方面，本发明提供一种板片式换热片的激光焊接工艺，基于上述激光焊接系统对板片式换热片进行焊接，包括如下步骤：
S1：将板片式换热片进行表面清洗、干燥后固定于工作台；
S2：设定激光焊接头的焊接参数和焊接轨迹；
S3：打开保护气体开关和风刀，保护气体吹向焊接区域，风刀平行于激光焊接头的镜片吹出；激光焊接头按照预设焊接参数和焊接轨迹对板片式换热片进行激光焊接。
本发明提供的板片式换热片的激光焊接工艺基于前述激光焊接系统实现，具有焊接效率高，焊接过程自动化程度高的优势。
进一步地，步骤S2中设定的焊接参数包括：激光器功率为2.7～2.9kW，离焦量+1～2mm，入射角度为0°，焊接速度为1.5～1.6m/min。
进一步地，步骤S2中设定的焊接参数还包括：缓升时间为100ms，缓降时间为300ms。
进一步地，保护气体为Ar，保护气体的流速为13～15L/min。
经试验发现，基于前述激光焊接系统进行板片式换热片的焊接过程中，控制焊接参数如激光器的功率、离焦量、入射角度、焊接速度、保护气体的流速等在上述记载的范围内，由本申请所述焊接工艺制得的焊接件不仅变形小，且焊缝美观，焊接质量高，无需后续的整形处理。
本发明通过调整合适的焊接工艺参数，有效提高了焊接质量和焊接效率。
进一步地，板片式换热片为碳钢材质。
进一步地，当设定的焊接轨迹为圆圈时，控制激光焊接的收光弧坑位置停于圆圈内。
当焊接轨迹为圆圈时，控制激光焊接的收光弧坑位置停于圆圈内，能够避免当收光弧坑位于圆圈上时，对焊缝的承压性能造成不良影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供一种板片式换热片的激光焊接系统及焊接工艺，包括将板片式换热片固定于工作台，设定激光焊接头的焊接轨迹及焊接参数，利用激光焊接头对板片式换热片进行激光焊接。由本发明提供的激光焊接系统及焊接工艺具有自动化程度高、生产效率高的优势，同时焊接变形小，焊缝美观，无需后续的整形处理，整体焊接质量高。
附图说明
图1为本发明焊接工艺流程示意图；
图2为实施例1焊接完成后产品正面的局部焊缝图；
图3为实施例2焊接完成后产品正面的局部焊缝图；
图4为对比例1焊接完成后产品背面的局部焊缝图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本申请所用激光焊接头为大族WOBBLE，激光器为国志YSM-3000C，所用机器人为KUKA KR210。
实施例1
本实施例提供一种板片式换热片的激光焊接系统，该激光焊接系统包括固定板片式换热片的工作台和用于对板片式换热片进行激光焊接的机器人，机器人的机械臂末端安装有激光焊接头，激光焊接头位于工作台的上方，激光焊接头内设有镜片，镜片包括聚焦镜和准直镜，激光焊接头中聚焦镜焦距为300mm；准直镜焦距为150mm。激光焊接接头内还设有激光器，激光器为光纤激光器，光纤激光器的最大输出功率为3kW，光纤直径为50～100μm。
本实施例提供一种板片式换热片的激光焊接工艺，基于上述激光焊接系统进行，具体激光焊接工艺过程如图1所示，包括以下步骤：
S1焊前清理：清理焊缝区域，用酒精和无纺布清理待焊接区附近的飞溅和油污，等待酒精完全挥发；
S2装夹：采用夹具将板片式换热片工件固定夹紧于工作台上；
S3激光焊接工艺参数的设定：激光器功率为2.7kW，光纤直径为50μm，离焦量+1mm，入射角度为0°，焊接速度为1.5m/min，保护气体流速为13L/min，缓升时间100ms，缓降时间300ms；
S4激光焊接：打开保护气体开关和风刀，使保护气体吹向焊接区域，风刀平行于激光焊接头的镜片吹出；在机器人中编写运动轨迹程序，确定焊接的起始点和结束点，每焊完一道即移动至下一焊接区域，激光焊接头执行编写好的运动轨迹程序，对工件进行激光焊接。在焊接圆圈时，通过轨迹调整将收光弧坑位置停在圆圈内，以保证焊缝在压力测试时不受弧坑的负面影响；
S5取出工件：松卸夹具并取出板片式换热片工件。
焊接完成后的产品焊缝如图2所示，可见无虚焊焊缝，表面平整无缺陷。对其进行压力爆破测试，在50MPa承压下没有出现爆破裂纹，生产效率对比原电阻焊工艺提高了约1min/片。
实施例2
本实施例提供一种板片式换热片的激光焊接工艺，基于实施例1所述激光焊接系统进行，具体激光焊接工艺过程如图1所示，包括以下步骤：
S1焊前清理：清理焊缝区域，用酒精和无纺布清理待焊接区附近的飞溅和油污，等待酒精完全挥发；
S2装夹：采用夹具将板片式换热片工件固定夹紧于工作台上；
S3激光焊接工艺参数的设定：激光器功率为2.9kW，光纤直径50μm，离焦量+2mm，入射角度为0°，焊接速度1.5m/min，保护气体流速15L/min，缓升时间100ms，缓降时间300ms；
S4激光焊接：打开保护气体开关和风刀，使保护气体吹向焊接区域，风刀平行于激光焊接头镜片吹出；在机器人中编写运动轨迹程序，确定好焊接起始点和结束点，每焊完一道即移动至下一焊接区域，激光焊接头执行编写好的运动轨迹程序，对工件进行激光焊接。在焊接圆圈时，通过轨迹调整将收光弧坑位置停在圆圈内，以保证焊缝在压力测试时不受弧坑缺欠影响；
S5取出工件：松卸夹具并取出板片式换热片工件。
按照上述工艺焊接完成后的产品焊缝如图3所示，可见无虚焊焊缝，表面平整无缺陷。对其进行压力爆破测试，于50MPa承压下没有出现爆破裂纹。生产效率对比原电阻焊工艺提高了约1min/片。
对比例1
本对比例板片式换热片的激光焊接工艺，包括以下步骤：
S1焊前清理：清理焊缝区域，用酒精和无纺布清理待焊接区附近的飞溅和油污，等待酒精完全挥发；
S2装夹：采用夹具将工件固定夹紧于工作台上；
S3设定激光焊接工艺参数：激光器功率为4kW，光纤直径50μm，离焦量+5mm，入射角度为0°，焊接速度3m/min，保护气体流速15L/min，缓升时间100ms，缓降时间300ms；
S4激光焊接：打开保护气体开关和风刀，使保护气体吹向焊接区域，风刀平行于激光头镜片吹出；在机器人中编写运动轨迹程序，确定好焊接起始点和结束点，每焊完一道即移动至下一焊接区域，激光焊接头执行编写好的运动轨迹程序，对工件进行激光焊接。在焊接圆圈时，收光弧坑位置停在圆圈上。
S5取出工件：松卸夹具并取出所述板片式换热片工件。
对由本对比例所述焊接工艺完成后的产品进行压力爆破测试，承压9MPa时已有焊点出现明显裂纹，变形量较大，产品背面如图4所示，黑色圆圈内可见明显的焊缝边缘断裂。
本对比例与实施例1、2的区别仅在于步骤S3设定的激光焊接工艺参数不同以及步骤S4不同，本对比例设定的激光焊接参数如激光器的功率、离焦量、焊接速度均显著高于实施例1和实施例2，并且本对比例在焊接圆圈时，收光弧坑位置停于圆圈上。
由上述结果可知，当焊接参数超出本申请述及的范围，同时收光弧坑位于焊接圆圈上时，焊接形变量大，焊点承压力下降，焊接品质量下降。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种板片式换热片的激光焊接系统，其特征在于，所述激光焊接系统包括固定板片式换热片的工作台和用于对板片式换热片进行激光焊接的机器人，所述机器人的机械臂末端安装有激光焊接头，激光焊接头位于工作台的上方，激光焊接头内设有镜片，所述镜片包括聚焦镜和准直镜；所述激光焊接接头内还设有激光器。
2.根据权利要求1所述激光焊接系统，其特征在于，所述激光焊接头中聚焦镜焦距为100～300mm；准直镜焦距为100～200mm。
3.根据权利要求1所述激光焊接系统，其特征在于，所述激光器为光纤激光器，光纤激光器的最大输出功率为3kW，光纤直径为50～100μm。
4.一种板片式换热片的激光焊接工艺，其特征在于，基于权利要求1所述激光焊接系统对板片式换热片进行焊接，包括如下步骤：
S1：将板片式换热片进行表面清洗、干燥后固定于工作台；
S2：设定激光焊接头的焊接参数和焊接轨迹；
S3：打开保护气体开关和风刀，保护气体吹向焊接区域，风刀平行于激光焊接头的镜片吹出；激光焊接头按照预设焊接参数和焊接轨迹对板片式换热片进行激光焊接。
5.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述步骤S2中设定的焊接参数包括：激光器功率为2.7～2.9kW，离焦量+1～2mm，入射角度为0°，焊接速度为1.5～1.6m/min。
6.根据权利要求5所述工艺，其特征在于，所述步骤S2中设定的焊接参数还包括：缓升时间为100ms，缓降时间为300ms。
7.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述保护气体为Ar，保护气体的流速为13～15L/min。
8.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，所述板片式换热片为碳钢材质。
9.根据权利要求4所述工艺，其特征在于，当设定的焊接轨迹为圆圈时，控制激光焊接的收光弧坑位置停于圆圈内。
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