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雙光束激光焊接機及其焊接方法與流程

2020

10/02 11:23:46
熊本熊 www.elim-life.com
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  本發明涉及激光焊接技術領域,更具體的說,尤其涉及厚度小於1.5mm的薄板包邊焊縫的雙光束激光焊接機及其焊接方法。


  背景技術:


  激光焊接具有速度快,焊接深度大、變形小等優點,廣泛應用於各行各業,尤其適用於一些精密部件及高質量焊接要求的產品。薄板不鏽鋼應用及其廣泛,但是由於板材薄對焊接熱輸入非常敏感,很容易出現焊穿和變形的現象,而不鏽鋼線膨脹係數較大,其薄板焊接更為困難,所以超薄板不鏽鋼的密封性焊接一直是行業難題。一些加熱麵積大的焊接方法不適合焊接薄板,焊接薄板最好選用能量密度集中的焊接方法。激光焊接熱輸入小,焊接速度快,非常適合薄板焊接。包邊焊縫在廚衛、家居行業具有巨大市場潛力,目前行業內針對這種焊縫使用的方法主要是人工點焊,但這種方法焊接後打磨量非常大、效率低、成本高等一係列缺點。


  激光光學配置的選擇以及焊接工藝是如何利用激光自熔焊獲得無需打磨和後處理的包邊焊縫的關鍵。


  技術實現要素:


  本發明的目的在於提供一種可保證焊縫熔深均與、焊縫光滑、無氧化、無焊接缺陷的雙光束激光焊接機及其焊接方法。


  本發明提供一種雙光束激光焊接機,用於對第一薄板和第二薄板包邊焊接,其包括第一薄板和第二薄板的夾具、發出第一光斑和第二光斑的雙光束焊接頭、以及位於第一薄板和第二薄板上方的多功能氣罩;焊接時第一光斑和第二光斑分別並列排布於第一薄板和第二薄板上。


  優選地,所述第一光斑和第二光斑之間的間距控製在1.8mm-2.5mm之間,第一光斑和第二光斑的能量相同。


  優選地,第一薄板和第二薄板的搭接量為板厚的0.6-0.7之間。


  優選地,所述夾具包括具有第一表麵和第二表麵的夾具本體、將第一薄板固定在第一表麵上的第一壓板、將第二薄板固定在第二表麵上的第二壓板、以及控製第一表麵和第二表麵之間搭接量的多個調節螺栓。


  本發明還提供一種雙光束激光焊接方法,用於對第一薄板和第二薄板包邊焊接,包括如下步驟:


  步驟S1:清洗第一薄板和第二薄板;


  步驟S2:夾具按預設要求固定第一薄板和第二薄板,並使第一薄板和第二薄板的搭接量為板厚的0.6-0.7之間。


  步驟S3:調節雙光束光斑位置及能量分布;


  步驟S4:調整保護氣罩的氣流量及位置,設定好焊接工藝參數;


  步驟S5:對運動機構按照預先規定的動作流程進行編程,雙光束焊接頭按照指定路徑對第一薄板和第二薄板進行包邊焊接。


  優選地,步驟S1的具體方法為:第一薄板和第二薄板首先在超聲波清洗機中用酒精清洗10-20分鍾,然後用無塵布充分擦拭幹淨,最後利用幹燥的壓縮空氣吹淨。


  優選地,步驟S3的具體方法為:調整雙光束焊接頭的第一光斑和第二光斑的能量分布、以及第一光斑151和第二光斑之間的光斑距離L,使得第一光斑和第二光斑的能量比為50:50,第一光斑和第二光斑之間的實際距離為1.8mm-2.5mm之間。


  優選地,步驟S4的具體方法為:將裝有第一薄板和第二薄板的夾具放置在運動機構的範圍區域下,調整好多功能保護氣罩,使得多功能保護氣罩位於焊縫上方9mm-11mm,側吹出氣口呈30°-60°對準激光光斑位置,並與焊縫保持平行。


  優選地,步驟S5的具體方法為:焊接過程中使用的保護氣體為氮氣或者氬氣。


  優選地,所述S5的具體方法為:雙光束焊接頭的起弧位置應位於焊縫前端3~5mm處,收弧位置位於焊縫末端3~5mm處,焊接時第一光斑和第二光斑分別並列排布於第一薄板和第二薄板之上。


  本發明通過對工件的仔細清理,防止外部因素導致的焊接缺陷;通過對薄板搭接方式的控製,有效的保證焊縫表麵過渡光滑;通過對激光光源的選擇以及雙光束光斑的控製可以有效的保證焊接效果的穩定性;通過對保護氣體的送氣方式以及氣體的選擇可以有效的防止焊縫表麵的氧化現象;通過對工藝參數的精確控製可保證焊縫熔深的均勻性;通過本發明所述方法的使用,薄板包邊焊縫可實現表麵過渡光滑、無氧化、無焊接缺陷的高質量焊縫。


  附圖說明


  圖1為本發明雙光束激光焊接方法的具體流程圖;


  圖2為本發明第一薄板和第二薄板搭接的結構示意圖;


  圖3為本發明第一薄板和第二薄板搭接的又一結構示意圖;


  圖4為本發明夾具的結構示意圖;


  圖5為本發明雙光束的局部放大圖;


  圖6為本發明雙光束激光焊接機的結構示意圖。


  具體實施方式


  參閱圖1所示,本發明雙光束激光焊接機,用於將第一薄板(厚度0.6mm)111與第二薄板(厚度0.6mm)112固定裝夾後進行激光包邊焊接。


  本雙光束激光焊接機包括固定待焊接工件的夾具120、對待焊接工件進行焊接的雙光束焊接頭130、以及位於焊接工件上方的多功能氣罩140。


  本發明最佳實施例中的薄板包邊焊縫的雙光束激光焊接方法包括步驟S110~步驟S160。


  提供的薄板包邊焊縫的雙光束激光焊接方法用於將薄板(厚度0.6mm)111與薄板(厚度0.6mm)112固定裝夾後進行激光包邊焊接本發明最佳實施例中的薄板包邊焊縫的雙光束激光焊接方法包括步驟S110~步驟S160。


  本激光焊接方法,如圖1所示,包括如下步驟:


  步驟S1:清洗第一薄板和第二薄板。


  步驟S1的具體方法為:第一薄板111和第二薄板112裝配之前,首先在超聲波清洗機中用酒精清洗10-20分鍾(最好為15分鍾),然後用無塵布充分擦拭幹淨,最後利用幹燥的壓縮空氣吹淨,確保焊縫區域內無殘留油汙及其他顆粒。


  步驟S2:夾具120按預設要求固定第一薄板111和第二薄板112。


  步驟S2的具體方法為:利用夾具120裝夾第一薄板111和第二薄板112時以確保第一薄板111和第二薄板112裝夾到位,裝夾搭接方式如圖3所示,第一薄板111和第二薄板112的搭接量為板厚的0.6-0.7之間(最好為2/3)。如圖3所示,夾具120包括具有第一表麵1241和第二表麵1242的夾具本體124、將第一薄板111固定在第一表麵1241上的第一壓板125、將第二薄板112固定在第二表麵1242上的第二壓板126、以及控製第一表麵1241和第二表麵1242之間搭接量的多個調節螺栓123。通過控製調節螺栓123來控製第一薄板111和第二薄板112之間的搭接方式,並使得第一薄板111和第二薄板112的搭接量為板厚的2/3。調節好第一薄板111和第二薄板112的搭接量後將第一壓板125和第二壓板126分別放置在第一薄板111和第二薄板112上方,並用緊固螺栓121均勻擰緊。擰緊過程中確保每個緊固螺栓121的預緊力大致相同,放置壓製過程中引起板材移位或者變形。


  夾具20能適應不同尺寸的板材,壓裝平穩均勻,能有效的防止焊接過程中第一薄板111和第二薄板112的變形,能對焊縫的間隙和搭接方式進行精密的調節,焊接過程中能進行背部保護,不幹涉吹保護氣體和焊接。


  步驟S3:調節雙光束光斑位置及能量分布。


  步驟S3的具體方法為:如圖6所示,調整雙光束焊接頭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之間的光斑距離L,使得第一光斑151和第二光斑152的能量比約為50:50,第一光斑151和第二光斑152之間的實際距離L約為2.36mm,實際L位於1.8mm-2.5mm。


  步驟S4:調整保護氣罩的氣流量及位置,設定好焊接工藝參數。


  步驟S4的具體方法為:將裝有第一薄板111和第二薄板112的夾具120放置在運動機構的範圍區域下,調整好多功能保護氣罩140,具體的,使得多功能保護氣罩140位於焊縫上方9mm-11mm(即位於第一薄板111和第二薄板112搭接處的上方10mm左右),側吹出氣口呈30°-60°(最好為45°)對準激光光斑位置,並與焊縫保持平行。


  步驟S5:對運動機構按照預先規定的動作流程進行編程,雙光束焊接頭130按照指定路徑對第一薄板111和第二薄板112進行包邊焊接:起弧、焊機、收弧。


  步驟S5的具體方法為:焊接過程中使用的保護氣體為氮氣或者氬氣等非活性氣體(最好為氬氣),多功能氣罩140側吹保護氣體流量為10~15L/min,拖罩所通保護氣體壓力為0.3~0.5MPa,側吹所通壓縮空氣壓力為0.5~0.7MPa,焊接過程中使焊接方向為F,多功能氣罩140在熔池後上方。雙光束焊接頭130的起弧位置應位於焊縫前端3~5mm處,收弧位置位於焊縫末端3~5mm處,焊接時第一光斑151和第二光斑152分別並列排布於第一薄板111和第二薄板112之上(如圖5所示),第一光斑151和第二光斑152之間的間距L控製在2mm左右,第一光斑151和第二光斑152的能量相同。焊接過程中的主要參數包括激光功率、激光焦點高度、焊接速度等,針對第一薄板111和第二薄板112的特點,在實施例中選定的最佳工藝為:激光功率1300W左右,激光波動範圍小於10W,離焦量+15mm,所述激光器芯徑在200~600μm之間(最佳實例300μm),且激光焦點在焊接過程中的波動少於0.15mm,焊接速度2m/min,運動機構實際運行路徑與預設路徑相差小於0.02mm,焊接過程中速度變化不超過0.2m/min,光斑間距2.36mm,光斑能量比50:50,光斑采用並列排布。


  多功能氣罩140必須同時具備橫吹、側吹和拖罩保護功能,即能吹散焊接過程中產生的等離子體,也能使焊縫熔池部分完全覆蓋在保護氣體之下,防止焊接過程中發生氧化現象。


  本發明通過對工件的仔細清理,防止外部因素導致的焊接缺陷;通過對薄板搭接方式的控製,有效的保證焊縫表麵過渡光滑;通過對激光光源的選擇以及雙光束光斑的控製可以有效的保證焊接效果的穩定性;通過對保護氣體的送氣方式以及氣體的選擇可以有效的防止焊縫表麵的氧化現象;通過對工藝參數的精確控製可保證焊縫熔深的均勻性;通過本發明所述方法的使用,薄板包邊焊縫可實現表麵過渡光滑、無氧化、無焊接缺陷的高質量焊縫。


  以上詳細描述了本發明的優選實施方式,但是本發明並不限於上述實施方式中的具體細節,在本發明的技術構思範圍內,可以對本發明的技術方案進行多種等同變換,這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。


  技術特征:


  1.一種雙光束激光焊接機,用於對第一薄板和第二薄板包邊焊接,其特征在於,其包括第一薄板和第二薄板的夾具、發出第一光斑和第二光斑的雙光束焊接頭、以及位於第一薄板和第二薄板上方的多功能氣罩;焊接時第一光斑和第二光斑分別並列排布於第一薄板和第二薄板上。


  2.根據權利要求1所述的雙光束激光焊接機,其特征在於:所述第一光斑和第二光斑之間的間距控製在1.8mm-2.5mm之間,第一光斑和第二光斑的能量相同。


  3.根據權利要求1所述的雙光束激光焊接機,其特征在於:第一薄板和第二薄板的搭接量為板厚的0.6-0.7之間。


  4.根據權利要求1所述的雙光束激光焊接機,其特征在於:所述夾具包括具有第一表麵和第二表麵的夾具本體、將第一薄板固定在第一表麵上的第一壓板、將第二薄板固定在第二表麵上的第二壓板、以及控製第一表麵和第二表麵之間搭接量的多個調節螺栓。


  5.一種雙光束激光焊接方法,用於對第一薄板和第二薄板包邊焊接,其特征在於,包括如下步驟:


  步驟S1:清洗第一薄板和第二薄板;


  步驟S2:夾具按預設要求固定第一薄板和第二薄板,並使第一薄板和第二薄板的搭接量為板厚的0.6-0.7之間。


  步驟S3:調節雙光束光斑位置及能量分布;


  步驟S4:調整保護氣罩的氣流量及位置,設定好焊接工藝參數;


  步驟S5:對運動機構按照預先規定的動作流程進行編程,雙光束焊接頭按照指定路徑對第一薄板和第二薄板進行包邊焊接。


  6.根據權利要求5所述的雙光束激光焊接方法,其特征在於:步驟S1的具體方法為:第一薄板和第二薄板首先在超聲波清洗機中用酒精清洗10-20分鍾,然後用無塵布充分擦拭幹淨,最後利用幹燥的壓縮空氣吹淨。


  7.根據權利要求5所述的雙光束激光焊接方法,其特征在於:步驟S3的具體方法為:調整雙光束焊接頭的第一光斑和第二光斑的能量分布、以及第一光斑151和第二光斑之間的光斑距離L,使得第一光斑和第二光斑的能量比為50:50,第一光斑和第二光斑之間的實際距離為1.8mm-2.5mm之間。


  8.根據權利要求5所述的雙光束激光焊接方法,其特征在於:步驟S4的具體方法為:將裝有第一薄板和第二薄板的夾具放置在運動機構的範圍區域下,調整好多功能保護氣罩,使得多功能保護氣罩位於焊縫上方9mm-11mm,側吹出氣口呈30°-60°對準激光光斑位置,並與焊縫保持平行。


  9.根據權利要求5所述的雙光束激光焊接方法,其特征在於:步驟S5的具體方法為:焊接過程中使用的保護氣體為氮氣或者氬氣。


  10.根據權利要求5所述的雙光束激光焊接方法,其特征在於:所述S5的具體方法為:雙光束焊接頭的起弧位置應位於焊縫前端3~5mm處,收弧位置位於焊縫末端3~5mm處,焊接時第一光斑和第二光斑分別並列排布於第一薄板和第二薄板之上。


  技術總結


  本發明提供一種雙光束激光焊接機及其焊接方法,用於對第一薄板和第二薄板包邊焊接,其包括第一薄板和第二薄板的夾具、發出第一光斑和第二光斑的雙光束焊接頭、以及位於第一薄板和第二薄板上方的多功能氣罩;焊接時第一光斑和第二光斑分別並列排布於第一薄板和第二薄板上。本發明;通過對激光光源的選擇以及雙光束光斑的控製可以有效的保證焊接效果的穩定性;通過對保護氣體的送氣方式以及氣體的選擇可以有效的防止焊縫表麵的氧化現象;通過對工藝參數的精確控製可保證焊縫熔深的均勻性;通過本發明所述方法的使用,薄板包邊焊縫可實現表麵過渡光滑、無氧化、無焊接缺陷的高質量焊縫。


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