CN114952004A - 一种激光焊接方法 - Google Patents

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钟熠
李冲
郭尚实
程明
吴苶
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Abstract

本发明公开了一种激光焊接方法，其包括如下步骤：对第一工件、第二工件进行定位，通过激光深熔焊在第一工件、第二工件上形成焊缝；在所述焊缝上、沿焊缝的延伸方向进行激光热导焊。本发明先通过激光深熔焊获得焊缝，再对同一条焊缝实施激光热导焊，由此改善焊接质量。

Description

一种激光焊接方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体为一种激光焊接方法。
背景技术
目前，激光焊接在汽车制造等领域的应用越来越广泛。激光焊接按其热学机制可分为激光热传导焊和激光深熔焊。衡量激光焊接质量的重要考核指标包括：焊缝的熔深值(即图1中的P值)、焊缝表面的凹坑高度(即图2中的h1值)、焊缝凸起部分的凸起值(即图2中的h2值)、焊缝的有效熔宽(即图3中的S值)等，对于上述各指标的要求则根据加工产品类别等因素确定，如图2中，可要求h1≤b*t1和h2≤0.2+c*t2(t1为上层母材厚度，t2为下层板母材厚度等。
进一步的，为获得符合要求的熔深值P和有效熔宽S，需要通过调整光斑大小和激光功率来增加功率密度，以进行深熔焊，但该种方式会导致焊接质量不合格，如图2中，深熔焊熔池冷却后，会使得上层母材凹坑高度h1增加，导致质量不合格，因此需要反复调整激光加工工艺参数，导致耗费大量时间、人力以及物力，同时严重影响加工效率和产能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光焊接方法，先通过激光深熔焊获得焊缝，再对同一条焊缝实施激光热导焊，由此改善焊接质量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
提供了一种激光焊接方法，其包括如下步骤：
如图4所示，对第一工件L1、第二工件L2进行定位，通过激光深熔焊在第一工件L1、第二工件L2上形成焊缝S1；所述第一工件L1、第二工件L2中的一项或两项可以为板件；
在所述焊缝S1上、沿焊缝S1的延伸方向进行激光热导焊。
进一步的，进行激光深熔焊时，焊接功率为3000-5000W，功率密度为106-107W/cm2，焊接速度3-10m/min,离焦量为-1～-5mm；
进一步的，进行激光热导焊时，焊接功率为1000-2000W，功率密度为104-105W/cm2，焊接速度10-30m/min,离焦量为-10～-30mm。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明通过在同一条焊缝上，先进行深熔焊获得足够的熔深和熔宽，在进行第二次回烧焊接，施加激光热导焊，使得焊缝合格率大为提高。
附图说明
图1为激光焊接所形成焊缝熔深的示意图；
图2为激光焊接所形成焊缝表面凹坑高度、凸起部的示意图；
图3为激光焊接所形成焊缝有效熔宽的示意图；
图4为本发明焊接方法在第一工件、第二工件上形成焊缝的示意图；
图5为对比例所形成焊缝的金相测试结果图；
图6为对比例所形成焊缝的有效熔宽结果；
图7为对比例所形成焊缝的熔深结果；
图8为对比例所形成焊缝的凹坑高度结果；
图9为对比例中增加激光功率后所形成焊缝的金相测试结果图；
图10为对比例中增加激光功率后所形成焊缝的凹坑高度结果；
图11为本发明实施例所形成焊缝的金相测试结果图；
图12为本发明实施例所形成焊缝的有效熔宽结果；
图13为本发明实施例所形成焊缝的熔深结果；
图14为本发明实施例所形成焊缝的凹坑高度结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对比例：
仅通过激光深熔焊在第一工件L1、第二工件L2上形成焊缝S1，进行激光深熔焊时，焊接功率为4000W，功率密度为106W/cm2，焊接速度5m/min，离焦量为-5mm。所述第一工件L1和第二工件L2均为板件，且第一工件L1厚度为0.563mm，第二工件L2厚度为0.649mm。
对所获得焊缝S1进行金相测试，以获得如图5所示的有效熔宽S(即0.871mm)、熔深P(即0.410mm)、第一工件L1的凹坑高度h1(即0.376mm)的实际值。
重复上述步骤若干次，如35次，以获得如图6-8所示结果，从中可以看出，虽然所得焊缝的有效熔宽S、熔深P的实际值(即图6-7中的“S-Measurement”、“P-Measurement”、)大于标准值(即图6-7中的“S-Demand”、“P-Demand”)，但第一工件L1凹坑高度h1的实际值(即图8中的“h1-Measurement”)中约有37％大于标准值(即图8中的“h1-Demand”)，由此导致焊缝强度不够，加工合格率不符合要求。
由此，将激光功率变化5％-10％，重复上述激光深熔焊的步骤，以期对上述第一工件L1凹坑高度h1进行改善，同样对所获得焊缝进行金相测试，以获得如图9所示的第一工件L1凹坑高度h1的实际值(即0.341mm)。
同样的，重复上述步骤若干次，如35次，以获得如图10所示的第一工件L1凹坑高度h1的实际值。
从图10中可以看出，仅通过增加激光功率的方式进行激光深熔焊时，仍然会导致约34％的第一工件L1凹坑高度h1(即图10中的“h1-Measurement”)高于标准值(即图10中的“h1-Demand”)，说明仅通过改变激光功率的方式来进行深熔焊时，无法对第一工件L1凹坑高度h1进行有效改善，其仍然无法满足质量合格率的要求。
实施例：
采用本发明的激光焊接方法进行激光焊接，其具体包括如下步骤：
选取厚度为0.6mm的上层板作为第一工件L1，厚度为0.7mm的下层板作为第二工件L2，进行对其定位；
通过激光深熔焊在第一工件L1、第二工件L2上形成长度为25mm的焊缝，焊接参数设置为：焊接功率为4000W，功率密度为106W/cm2，焊接速度8m/min,离焦量为-5mm；
再在所述焊缝上、沿焊缝延伸方向进行激光热导焊，焊接参数设置为：激光焊焊接功率1500W，功率密度为105W/cm2，焊接速度20m/min,离焦量为-30mm。
所得焊缝同样进行金相测试，以获得如图11所示的有效熔宽S(即1.152mm)、熔深P(即0.403mm)、上层板凹坑高度h1(即0.083mm)的实际值。
重复上述步骤，如35次，以获得如图12-14所示的有效熔宽S、熔深P、上层板凹坑高度h1的实际值。
如图14中可以看出，通过本发明的激光焊接方法，通过在同一条焊缝上，先进行深熔焊获得足够的熔深和熔宽，在进行第二次回烧焊接，施加激光热导焊后，约99％上层母材(即上层板)的凹坑高度h1小于标准值，其符合质量标准，合格率得以极大提升。
其原理在于，本发明中对同一条焊缝先后进行两者激光焊接处理，每种激光所达到的目的不同，即，先通过深熔焊获得足够的熔深和有效熔宽，此时上层板熔池因为能力密度过大，熔池呈现凹坑缺陷，再在焊缝上进行激光热导焊时，则相当于对已成型的焊缝进行二次热处理，让焊缝表明结晶体进行重构，重新达成新的平衡，使得激光热导焊后的焊缝表面更加光滑，减少凹坑数量，提高产品合格率，进一步增加结构强度，经多次试验验证，实施本发明的焊接方法后，产品合格率可以达到99％以上。
综上所述，本发明先通过深熔焊获得足够的熔深和有效熔宽，然后针对同一条焊缝实施激光热导焊，使其对上层板第一次深熔焊后形成焊缝区的金属熔池进行整形，对上层板进行“削峰填谷”，大大减少上层板焊接后的凹坑深度，提高焊缝区域焊后的整体强度，提高激光焊焊缝合格率。
需要说明的是，上述实施例中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
对第一工件、第二工件进行定位，通过激光深熔焊在第一工件、第二工件上形成焊缝；
在所述焊缝上、沿焊缝的延伸方向进行激光热导焊。
2.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一工件、第二工件中的一项或两项为板件。
3.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光深熔焊时，焊接功率为3000-5000W。
4.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光深熔焊时，功率密度为106-107W/cm2。
5.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光深熔焊时，焊接速度3-10m/min。
6.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光深熔焊时，离焦量为-1～-5mm。
7.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光热导焊时，焊接功率为1000-2000W。
8.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光热导焊时，功率密度为106-107W/cm2。
9.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光热导焊时，焊接速度10-30m/min。
10.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，进行激光热导焊时，离焦量为-10～-30mm。
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