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双光束激光焊接机及其焊接方法与流程

2020

10/02 11:23:46
熊本熊 www.kueran.cn
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  本发明涉及激光焊接技术领域,更具体的说,尤其涉及厚度小于1.5mm的薄板包边焊缝的双光束激光焊接机及其焊接方法。


  背景技术:


  激光焊接具有速度快,焊接深度大、变形小等优点,广泛应用于各行各业,尤其适用于一些精密部件及高质量焊接要求的产品。薄板不锈钢应用及其广泛,但是由于板材薄对焊接热输入非常敏感,很容易出现焊穿和变形的现象,而不锈钢线膨胀系数较大,其薄板焊接更为困难,所以超薄板不锈钢的密封性焊接一直是行业难题。一些加热面积大的焊接方法不适合焊接薄板,焊接薄板最好选用能量密度集中的焊接方法。激光焊接热输入小,焊接速度快,非常适合薄板焊接。包边焊缝在厨卫、家居行业具有巨大市场潜力,目前行业内针对这种焊缝使用的方法主要是人工点焊,但这种方法焊接后打磨量非常大、效率低、成本高等一系列缺点。


  激光光学配置的选择以及焊接工艺是如何利用激光自熔焊获得无需打磨和后处理的包边焊缝的关键。


  技术实现要素:


  本发明的目的在于提供一种可保证焊缝熔深均与、焊缝光滑、无氧化、无焊接缺陷的双光束激光焊接机及其焊接方法。


  本发明提供一种双光束激光焊接机,用于对第一薄板和第二薄板包边焊接,其包括第一薄板和第二薄板的夹具、发出第一光斑和第二光斑的双光束焊接头、以及位于第一薄板和第二薄板上方的多功能气罩;焊接时第一光斑和第二光斑分别并列排布于第一薄板和第二薄板上。


  优选地,所述第一光斑和第二光斑之间的间距控制在1.8mm-2.5mm之间,第一光斑和第二光斑的能量相同。


  优选地,第一薄板和第二薄板的搭接量为板厚的0.6-0.7之间。


  优选地,所述夹具包括具有第一表面和第二表面的夹具本体、将第一薄板固定在第一表面上的第一压板、将第二薄板固定在第二表面上的第二压板、以及控制第一表面和第二表面之间搭接量的多个调节螺栓。


  本发明还提供一种双光束激光焊接方法,用于对第一薄板和第二薄板包边焊接,包括如下步骤:


  步骤S1:清洗第一薄板和第二薄板;


  步骤S2:夹具按预设要求固定第一薄板和第二薄板,并使第一薄板和第二薄板的搭接量为板厚的0.6-0.7之间。


  步骤S3:调节双光束光斑位置及能量分布;


  步骤S4:调整保护气罩的气流量及位置,设定好焊接工艺参数;


  步骤S5:对运动机构按照预先规定的动作流程进行编程,双光束焊接头按照指定路径对第一薄板和第二薄板进行包边焊接。


  优选地,步骤S1的具体方法为:第一薄板和第二薄板首先在超声波清洗机中用酒精清洗10-20分钟,然后用无尘布充分擦拭干净,最后利用干燥的压缩空气吹净。


  优选地,步骤S3的具体方法为:调整双光束焊接头的第一光斑和第二光斑的能量分布、以及第一光斑151和第二光斑之间的光斑距离L,使得第一光斑和第二光斑的能量比为50:50,第一光斑和第二光斑之间的实际距离为1.8mm-2.5mm之间。


  优选地,步骤S4的具体方法为:将装有第一薄板和第二薄板的夹具放置在运动机构的范围区域下,调整好多功能保护气罩,使得多功能保护气罩位于焊缝上方9mm-11mm,侧吹出气口呈30°-60°对准激光光斑位置,并与焊缝保持平行。


  优选地,步骤S5的具体方法为:焊接过程中使用的保护气体为氮气或者氩气。


  优选地,所述S5的具体方法为:双光束焊接头的起弧位置应位于焊缝前端3~5mm处,收弧位置位于焊缝末端3~5mm处,焊接时第一光斑和第二光斑分别并列排布于第一薄板和第二薄板之上。


  本发明通过对工件的仔细清理,防止外部因素导致的焊接缺陷;通过对薄板搭接方式的控制,有效的保证焊缝表面过渡光滑;通过对激光光源的选择以及双光束光斑的控制可以有效的保证焊接效果的稳定性;通过对保护气体的送气方式以及气体的选择可以有效的防止焊缝表面的氧化现象;通过对工艺参数的精确控制可保证焊缝熔深的均匀性;通过本发明所述方法的使用,薄板包边焊缝可实现表面过渡光滑、无氧化、无焊接缺陷的高质量焊缝。


  附图说明


  图1为本发明双光束激光焊接方法的具体流程图;


  图2为本发明第一薄板和第二薄板搭接的结构示意图;


  图3为本发明第一薄板和第二薄板搭接的又一结构示意图;


  图4为本发明夹具的结构示意图;


  图5为本发明双光束的局部放大图;


  图6为本发明双光束激光焊接机的结构示意图。


  具体实施方式


  参阅图1所示,本发明双光束激光焊接机,用于将第一薄板(厚度0.6mm)111与第二薄板(厚度0.6mm)112固定装夹后进行激光包边焊接。


  本双光束激光焊接机包括固定待焊接工件的夹具120、对待焊接工件进行焊接的双光束焊接头130、以及位于焊接工件上方的多功能气罩140。


  本发明最佳实施例中的薄板包边焊缝的双光束激光焊接方法包括步骤S110~步骤S160。


  提供的薄板包边焊缝的双光束激光焊接方法用于将薄板(厚度0.6mm)111与薄板(厚度0.6mm)112固定装夹后进行激光包边焊接本发明最佳实施例中的薄板包边焊缝的双光束激光焊接方法包括步骤S110~步骤S160。


  本激光焊接方法,如图1所示,包括如下步骤:


  步骤S1:清洗第一薄板和第二薄板。


  步骤S1的具体方法为:第一薄板111和第二薄板112装配之前,首先在超声波清洗机中用酒精清洗10-20分钟(最好为15分钟),然后用无尘布充分擦拭干净,最后利用干燥的压缩空气吹净,确保焊缝区域内无残留油污及其他颗粒。


  步骤S2:夹具120按预设要求固定第一薄板111和第二薄板112。


  步骤S2的具体方法为:利用夹具120装夹第一薄板111和第二薄板112时以确保第一薄板111和第二薄板112装夹到位,装夹搭接方式如图3所示,第一薄板111和第二薄板112的搭接量为板厚的0.6-0.7之间(最好为2/3)。如图3所示,夹具120包括具有第一表面1241和第二表面1242的夹具本体124、将第一薄板111固定在第一表面1241上的第一压板125、将第二薄板112固定在第二表面1242上的第二压板126、以及控制第一表面1241和第二表面1242之间搭接量的多个调节螺栓123。通过控制调节螺栓123来控制第一薄板111和第二薄板112之间的搭接方式,并使得第一薄板111和第二薄板112的搭接量为板厚的2/3。调节好第一薄板111和第二薄板112的搭接量后将第一压板125和第二压板126分别放置在第一薄板111和第二薄板112上方,并用紧固螺栓121均匀拧紧。拧紧过程中确保每个紧固螺栓121的预紧力大致相同,放置压制过程中引起板材移位或者变形。


  夹具20能适应不同尺寸的板材,压装平稳均匀,能有效的防止焊接过程中第一薄板111和第二薄板112的变形,能对焊缝的间隙和搭接方式进行精密的调节,焊接过程中能进行背部保护,不干涉吹保护气体和焊接。


  步骤S3:调节双光束光斑位置及能量分布。


  步骤S3的具体方法为:如图6所示,调整双光束焊接头130的第一光斑151和第二光斑152的能量分布、以及第一光斑151和第二光斑152之间的光斑距离L,使得第一光斑151和第二光斑152的能量比约为50:50,第一光斑151和第二光斑152之间的实际距离L约为2.36mm,实际L位于1.8mm-2.5mm。


  步骤S4:调整保护气罩的气流量及位置,设定好焊接工艺参数。


  步骤S4的具体方法为:将装有第一薄板111和第二薄板112的夹具120放置在运动机构的范围区域下,调整好多功能保护气罩140,具体的,使得多功能保护气罩140位于焊缝上方9mm-11mm(即位于第一薄板111和第二薄板112搭接处的上方10mm左右),侧吹出气口呈30°-60°(最好为45°)对准激光光斑位置,并与焊缝保持平行。


  步骤S5:对运动机构按照预先规定的动作流程进行编程,双光束焊接头130按照指定路径对第一薄板111和第二薄板112进行包边焊接:起弧、焊机、收弧。


  步骤S5的具体方法为:焊接过程中使用的保护气体为氮气或者氩气等非活性气体(最好为氩气),多功能气罩140侧吹保护气体流量为10~15L/min,拖罩所通保护气体压力为0.3~0.5MPa,侧吹所通压缩空气压力为0.5~0.7MPa,焊接过程中使焊接方向为F,多功能气罩140在熔池后上方。双光束焊接头130的起弧位置应位于焊缝前端3~5mm处,收弧位置位于焊缝末端3~5mm处,焊接时第一光斑151和第二光斑152分别并列排布于第一薄板111和第二薄板112之上(如图5所示),第一光斑151和第二光斑152之间的间距L控制在2mm左右,第一光斑151和第二光斑152的能量相同。焊接过程中的主要参数包括激光功率、激光焦点高度、焊接速度等,针对第一薄板111和第二薄板112的特点,在实施例中选定的最佳工艺为:激光功率1300W左右,激光波动范围小于10W,离焦量+15mm,所述激光器芯径在200~600μm之间(最佳实例300μm),且激光焦点在焊接过程中的波动少于0.15mm,焊接速度2m/min,运动机构实际运行路径与预设路径相差小于0.02mm,焊接过程中速度变化不超过0.2m/min,光斑间距2.36mm,光斑能量比50:50,光斑采用并列排布。


  多功能气罩140必须同时具备横吹、侧吹和拖罩保护功能,即能吹散焊接过程中产生的等离子体,也能使焊缝熔池部分完全覆盖在保护气体之下,防止焊接过程中发生氧化现象。


  本发明通过对工件的仔细清理,防止外部因素导致的焊接缺陷;通过对薄板搭接方式的控制,有效的保证焊缝表面过渡光滑;通过对激光光源的选择以及双光束光斑的控制可以有效的保证焊接效果的稳定性;通过对保护气体的送气方式以及气体的选择可以有效的防止焊缝表面的氧化现象;通过对工艺参数的精确控制可保证焊缝熔深的均匀性;通过本发明所述方法的使用,薄板包边焊缝可实现表面过渡光滑、无氧化、无焊接缺陷的高质量焊缝。


  以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。


  技术特征:


  1.一种双光束激光焊接机,用于对第一薄板和第二薄板包边焊接,其特征在于,其包括第一薄板和第二薄板的夹具、发出第一光斑和第二光斑的双光束焊接头、以及位于第一薄板和第二薄板上方的多功能气罩;焊接时第一光斑和第二光斑分别并列排布于第一薄板和第二薄板上。


  2.根据权利要求1所述的双光束激光焊接机,其特征在于:所述第一光斑和第二光斑之间的间距控制在1.8mm-2.5mm之间,第一光斑和第二光斑的能量相同。


  3.根据权利要求1所述的双光束激光焊接机,其特征在于:第一薄板和第二薄板的搭接量为板厚的0.6-0.7之间。


  4.根据权利要求1所述的双光束激光焊接机,其特征在于:所述夹具包括具有第一表面和第二表面的夹具本体、将第一薄板固定在第一表面上的第一压板、将第二薄板固定在第二表面上的第二压板、以及控制第一表面和第二表面之间搭接量的多个调节螺栓。


  5.一种双光束激光焊接方法,用于对第一薄板和第二薄板包边焊接,其特征在于,包括如下步骤:


  步骤S1:清洗第一薄板和第二薄板;


  步骤S2:夹具按预设要求固定第一薄板和第二薄板,并使第一薄板和第二薄板的搭接量为板厚的0.6-0.7之间。


  步骤S3:调节双光束光斑位置及能量分布;


  步骤S4:调整保护气罩的气流量及位置,设定好焊接工艺参数;


  步骤S5:对运动机构按照预先规定的动作流程进行编程,双光束焊接头按照指定路径对第一薄板和第二薄板进行包边焊接。


  6.根据权利要求5所述的双光束激光焊接方法,其特征在于:步骤S1的具体方法为:第一薄板和第二薄板首先在超声波清洗机中用酒精清洗10-20分钟,然后用无尘布充分擦拭干净,最后利用干燥的压缩空气吹净。


  7.根据权利要求5所述的双光束激光焊接方法,其特征在于:步骤S3的具体方法为:调整双光束焊接头的第一光斑和第二光斑的能量分布、以及第一光斑151和第二光斑之间的光斑距离L,使得第一光斑和第二光斑的能量比为50:50,第一光斑和第二光斑之间的实际距离为1.8mm-2.5mm之间。


  8.根据权利要求5所述的双光束激光焊接方法,其特征在于:步骤S4的具体方法为:将装有第一薄板和第二薄板的夹具放置在运动机构的范围区域下,调整好多功能保护气罩,使得多功能保护气罩位于焊缝上方9mm-11mm,侧吹出气口呈30°-60°对准激光光斑位置,并与焊缝保持平行。


  9.根据权利要求5所述的双光束激光焊接方法,其特征在于:步骤S5的具体方法为:焊接过程中使用的保护气体为氮气或者氩气。


  10.根据权利要求5所述的双光束激光焊接方法,其特征在于:所述S5的具体方法为:双光束焊接头的起弧位置应位于焊缝前端3~5mm处,收弧位置位于焊缝末端3~5mm处,焊接时第一光斑和第二光斑分别并列排布于第一薄板和第二薄板之上。


  技术总结


  本发明提供一种双光束激光焊接机及其焊接方法,用于对第一薄板和第二薄板包边焊接,其包括第一薄板和第二薄板的夹具、发出第一光斑和第二光斑的双光束焊接头、以及位于第一薄板和第二薄板上方的多功能气罩;焊接时第一光斑和第二光斑分别并列排布于第一薄板和第二薄板上。本发明;通过对激光光源的选择以及双光束光斑的控制可以有效的保证焊接效果的稳定性;通过对保护气体的送气方式以及气体的选择可以有效的防止焊缝表面的氧化现象;通过对工艺参数的精确控制可保证焊缝熔深的均匀性;通过本发明所述方法的使用,薄板包边焊缝可实现表面过渡光滑、无氧化、无焊接缺陷的高质量焊缝。


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