TWM654686U

TWM654686U - 以雷射銲接的厚板鋼材組合

Info

Publication number: TWM654686U
Application number: TW113201031U
Authority: TW
Inventors: 賴豊文; 蔡偉崙; 陳清正; 戴誌輝; 何信億
Original assignee: 台灣光罩股份有限公司
Priority date: 2024-01-29
Filing date: 2024-01-29
Publication date: 2024-04-21

Abstract

本創作係有關一種以雷射銲接的厚板鋼材組合，包含：二厚板鋼材，所述厚板鋼材彼此對接，所述厚板鋼材的一接合面沿一接合法線延伸，其中一厚板鋼材的部分該接合面沿一開槽線開有一槽體，且該開槽線與該接合法線夾有一開槽角度介於3度至15度之間，該槽體之一底部寬度介於R0至R10毫米之間；一填料區域，係以一填料送入該槽體，並以一雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面而成；該填料區域冷卻固化後進而使所述厚板鋼材彼此結合，且該填料區域中每一填料層厚介於4至6毫米之間。藉此，可以大幅簡化工序、降低成本。

Description

以雷射銲接的厚板鋼材組合

本創作係關於一種以雷射銲接的厚板鋼材組合。

以雷射進行厚板銲接是目前常見的技術，具體例如中國專利公開號第CN 113695744 A號提供的一種能量拘束型窄間隙激光填絲焊接方法，涉及激光焊接技術領域，該方法包括以下步驟：坡口設計，在兩個待焊接件之間加工出坡口；焊前準備，將兩個待焊接件固定在工作臺上，利用保護氣對坡口進行清理；預焊，將焊絲送入坡口的底部，激光束對焊絲和待焊接件進行預焊將焊絲固定在坡口的底部，預焊採用正離焦的激光束進入坡口焊接；連續焊，負離焦的激光束進入坡口進行焊接，焦點位於焊絲的內部。

然而，前述專利案中，需要在兩個待焊接件上都加工斜面，以形成出坡口，工序較為麻煩，成本也較高。

爰此，本創作人提出一種以雷射銲接的厚板鋼材組合，包含：二厚板鋼材，所述厚板鋼材彼此對接，所述厚板鋼材的一接合面沿一接合法線延伸，其中一厚板鋼材的部分該接合面沿一開槽線開有一槽體，且該開槽線與該接合法線夾有一開槽角度，該開槽角度介於3度至15度之間，該槽體之一底部寬度介於R0至R10毫米之間；一填料區域，係以一填料送入該槽體，並以一雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面而成，該雷射的功率介於7000至20000瓦特之間；該填料區域冷卻固化後進而使所述厚板鋼材彼此結合，且該填料區域中每一填料層厚介於4至6毫米之間。

進一步，該其中一厚板鋼材有深度大於0毫米但不大於50毫米的部分該接合面未開設該槽體，在以該雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面之前，以該雷射銲接未開該槽體之該接合面，該雷射與該接合法線夾有一銲接角度，該銲接角度介於0度至10度之間；該雷射使該接合面形成沿該接合法線延伸的一熔融區域，該熔融區域的一熔融深度與未開該槽體之該接合面深度實質相同，該熔融區域的一熔融寬度介於4至7毫米之間，該熔融區域及該填料區域冷卻固化後進而使所述厚板鋼材彼此結合。

進一步，以該雷射銲接未開該槽體之該接合面時，至少滿足以下其中一條件：該雷射的一離焦量介於0至±H/2毫米之間，H為未開該槽體之該接合面的深度；該雷射的一功率變化量介於±3%之間；該雷射的波長介於1030至1080奈米之間；該雷射的一銲接速率介於每秒5至80毫米之間；所述厚板鋼材彼此對接時，所述厚板鋼材的間隙範圍不大於5%；該雷射的功率介於20000至30000之間；以一保護氣體去除該雷射銲接時產生的一電漿，該保護氣體係為以下氣體之一或其組合：氬氣、氦氣、氮氣及二氧化碳。

進一步，該雷射的動作係為掃描式、機械手臂擺弧式掃描及擺盪式掃描之一，且該雷射的擺動頻率介於0至100赫茲。

進一步，以該雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面時，至少滿足以下其中一條件：該雷射的一銲接速率介於每秒5至30毫米之間；該填料的一送線速度介於每秒10至200毫米之間；該填料與該接合法線夾有一送線角度，該送線角度介於0度至60度之間；該底部寬度係為該槽體底部一圓弧的直徑。

根據上述技術特徵較佳地可達成以下功效：

僅有其中一厚板鋼材開設有槽體，可以大幅簡化工序、降低成本。

槽體底部有圓弧，可以確保後續填料沒有死角。

綜合上述技術特徵，本創作以雷射銲接的厚板鋼材組合的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖至第三圖，係揭示本創作實施例以雷射銲接的厚板鋼材組合，係以一厚板鋼材的雷射銲接方法製作而成。

該厚板鋼材的雷射銲接方法包含以下步驟：

將二厚板鋼材100對接，所述厚板鋼材100的一接合面1沿一接合法線L1延伸。所述厚板鋼材100彼此對接時，所述厚板鋼材100的間隙範圍不大於所述厚板鋼材100寬度的5%。

其中，沿一開槽線L2對其中一厚板鋼材100的至少部分該接合面1開設一槽體2，且該開槽線L2與該接合法線L1夾有一開槽角度θ1，該開槽角度θ1介於3度至15度之間，該槽體2之一底部寬度W1介於R0至R10毫米之間，該槽體2之一槽深(即第一深度H1)介於10至50毫米之間。實際實施時，該底部寬度W1可以是該槽體2底部一圓弧的直徑，以確保後續填料沒有死角。

請參閱第二圖至第五圖，該其中一厚板鋼材100有深度大於0毫米但不大於50毫米的部分該接合面1未開設該槽體2(即第二深度H2)，先以一雷射200銲接未開該槽體2之該接合面1，該雷射200與該接合法線L1夾有一銲接角度θ2，該銲接角度θ2介於0度至10度之間。

該雷射200使該接合面1形成沿該接合法線L1延伸的一熔融區域300，該熔融區域300的一熔融深度與未開該槽體2之該接合面1深度實質相同，該熔融區域300的一熔融寬度W2介於4至7毫米之間。

其中，該雷射200的一離焦量介於0至±25毫米之間，也就是正離焦量D1最多是25毫米、負離焦量D2最多是-25毫米，相當於未開設該槽體2之第二深度H2的一半。若以該厚板鋼材100的表面作為焦點3，則正離焦點4會是焦點3上方25毫米、負離焦點5會是焦點3下方25毫米。

該雷射200的一功率變化量介於±3%之間，該雷射200的波長介於1030至1080奈米之間，該雷射200的一銲接速率介於每秒5至80毫米之間，該雷射200的功率介於20000至30000瓦特之間。

上述數值實際可以根據第二深度H2以進行選擇，舉例來說，第二深度H2介於40至50毫米之間時，該雷射200的功率可以選擇30000瓦特、該銲接速率則選擇介於每秒5至80毫米之間等等。

並以一保護氣體去除該雷射200銲接時產生的一電漿，該保護氣體係為以下氣體之一或其組合：氬氣、氦氣、氮氣及二氧化碳。

透過該離焦量與功率變化量的彼此搭配變化，該雷射200會使該接合面1形成沿該接合法線L1延伸的該熔融區域300。

請參閱第六圖及第七圖，並請搭配第二圖至第四圖，接著，以一填料送入該槽體2，並以該雷射200經由該填料銲接開有該槽體2之該接合面1而形成一填料區域400，且該填料區域400中每一填料層厚T介於4至6毫米之間。

其中，該雷射200的功率介於7000至20000瓦特之間，該雷射200的該銲接速率介於每秒5至30毫米之間，該填料的一送線速度介於每秒10至200毫米之間，該填料與該接合法線L1夾有一送線角度，該送線角度介於0度至60度之間。

該雷射200的動作則係為以掃描式、機械手臂擺弧式掃描及擺盪式掃描之一，且該雷射200的擺動頻率介於0至100赫茲。

該熔融區域300及該填料區域400冷卻固化後進而使所述厚板鋼材100彼此結合，而形成該以雷射銲接的厚板鋼材組合。

請參閱第八圖及第九圖，並請搭配第三圖及第六圖，從該厚板鋼材的雷射銲接方法實際製作出的該以雷射銲接的厚板鋼材組合照片中，可以看出填料層厚T確實介於4至6毫米之間、第一深度H1確實介於10至50毫米之間、第二深度H2則確實不大於50毫米。

由於僅有該其中一厚板鋼材100開設有該槽體2，可以大幅簡化工序、降低成本。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本創作之操作、使用及本創作產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本創作之較佳實施例，當不能以此限定本創作實施之範圍，即依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本創作涵蓋之範圍內。

100:厚板鋼材 200:雷射 300:熔融區域 400:填料區域 1:接合面 2:槽體 3:焦點 4:正離焦點 5:負離焦點 D1:正離焦量 D2:負離焦量 H1:第一深度 H2:第二深度 L1:接合法線 L2:開槽線 W1:底部寬度 W2:熔融寬度 θ1:開槽角度 θ2:銲接角度 T:填料層厚

[第一圖]係本創作實施例之分解圖。

[第二圖]係本創作實施例之流程方塊圖。

[第三圖]係本創作實施例之前視圖，示意槽體。

[第四圖]係本創作實施例之實施示意圖一，示意銲接角度。

[第五圖]係本創作實施例之實施示意圖二，示意離焦量。

[第六圖]係本創作實施例之實施示意圖三，示意填料區域。

[第七圖]係本創作實施例之照片一。

[第八圖]係本創作實施例之照片二。

[第九圖]係本創作實施例之照片三。

300:熔融區域

400:填料區域

T:填料層厚

Claims

一種以雷射銲接的厚板鋼材組合，包含：二厚板鋼材，所述厚板鋼材彼此對接，所述厚板鋼材的一接合面沿一接合法線延伸，其中一厚板鋼材的部分該接合面沿一開槽線開有一槽體，且該開槽線與該接合法線夾有一開槽角度，該開槽角度介於3度至15度之間，該槽體之一底部寬度介於R0至R10毫米之間；一填料區域，係以一填料送入該槽體，並以一雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面而成，該雷射的功率介於7000至20000瓦特之間；該填料區域冷卻固化後進而使所述厚板鋼材彼此結合，且該填料區域中每一填料層厚介於4至6毫米之間。
如請求項1所述之以雷射銲接的厚板鋼材組合，進一步，有一熔融區域相鄰該填料區域，該熔融區域沿該接合法線延伸，該其中一厚板鋼材有深度大於0毫米但不大於50毫米的部分該接合面未開設該槽體，該熔融區域的一熔融深度與未開設該槽體之該接合面深度實質相同，該熔融區域的一熔融寬度介於4至7毫米之間，該熔融區域係在以該雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面之前，以該雷射銲接未開該槽體之該接合面而成，該雷射與該接合法線夾有一銲接角度，該銲接角度介於0度至10度之間，該熔融區域及該填料區域冷卻固化後進而使所述厚板鋼材彼此結合。
如請求項2所述之以雷射銲接的厚板鋼材組合，進一步，以該雷射銲接未開該槽體之該接合面時，至少滿足以下其中一條件：該雷射的一離焦量介於0至±H/2毫米之間，H為未開該槽體之該接合面的深度；該雷射的一功率變化量介於±3%之間；該雷射的波長介於1030至1080奈米之間；該雷射的一銲接速率介於每秒5至80毫米之間；所述厚板鋼材彼此對接時，所述厚板鋼材的間隙範圍不大於5%；該雷射的功率介於20000至30000瓦特之間；以一保護氣體去除該雷射銲接時產生的一電漿，該保護氣體係為以下氣體之一或其組合：氬氣、氦氣、氮氣及二氧化碳。
如請求項1所述之以雷射銲接的厚板鋼材組合，進一步，該雷射的動作係為掃描式、機械手臂擺弧式掃描及擺盪式掃描之一，且該雷射的擺動頻率介於0至100赫茲。
如請求項1所述之以雷射銲接的厚板鋼材組合，進一步，以該雷射經由該填料銲接開有該槽體之該接合面時，至少滿足以下其中一條件：該雷射的一銲接速率介於每秒5至30毫米之間；該填料的一送線速度介於每秒10至200毫米之間；該填料與該接合法線夾有一送線角度，該送線角度介於0度至60度之間；該底部寬度係為該槽體底部一圓弧的直徑。