专利名称：激光焊接装置及焊接方法
技术领域：
本发明涉及激光焊接工艺，特别是涉及一种激光焊接装置及焊接方法。
背景技术：
激光焊接技术具体应用范围广、效率高、损耗小的优点，已广泛应用于对板件进行焊接。激光焊接对于厚度较小(厚度10毫米以下)的板件具有较好的焊接效果。然而，随着板件厚度的增加，激光焊接的难度明显增加。原有的薄板焊接方法难以穿透厚板(厚度14毫米以上)，从而难以对厚板进行焊接，厚板穿透焊接成为激光焊接领域的一大难题。为了穿透厚板，必须采用较高功率的激光对厚板进行焊接，而高功率激光容易在待焊接的工件表面形成驼峰、飞溅以及由光学部件产生的焦点漂移等现象，从而使得对厚板进行焊接的焊接过程不稳定。
发明内容
基于此，有必要提供一种可有效提高厚板焊接过程中焊接稳定性的激光焊接装置及焊接方法。一种激光焊接装置，包括:焊接头，可与传输激光的光纤连通，所述焊接头设有聚集镜片，激光束经所述聚集镜片汇聚后出射，所述聚集镜片为长焦镜片 '及侧吹保护结构，可转动地设于所述焊接头上，所述侧吹保护结构包括:输送保护气体的进气管；第一吹气口，位于所述侧吹保护结构的中部并与所述进气管连通，保护气体可从所述第一吹气口喷出。在其中一个实施例中，所述侧吹保护结构还包括第二吹气口及第三吹气口，所述第二吹气口及所述第三吹气口分别对称分布于所述第一吹气口的两侧并与所述第一吹气口呈预设角度，所述第二吹气口及所述第三吹气口与所述进气管连通，保护气体可从所述第二吹气口及所述第三吹气口喷出。在其中一个实施例中，所述焊接头为直角焊接头，以使激光束的入射光与出射光垂直。一种焊接方法，包括以下步骤:提供一种如上述优选实施例中任一项所述的激光焊接装置；将所述激光焊接装置置于待焊接工件的表面上方；调整所述焊接头的高度，以使所述聚集镜片的焦点与所述待焊接工件的表面间隔预设距离；所述焊接头向所述待焊接工件的表面出射激光束以形成焊接熔池，并以预设速度沿预设的焊接方向移动；旋转所述侧吹保护结构，以使所述第一吹气口与所述待焊接工件的表面平行，并喷射保护气体。在其中一个实施例中，所述侧吹保护结构还包括第二吹气口及第三吹气口，所述焊接方法还包括:所述第二出气口及所述第三吹气口向所述焊接熔池喷射保护气体。在其中一个实施例中，所述焊接头的出射激光束与所述待焊接工件表面的夹角为非直角。在其中一个实施例中，所述激光束的功率不小于15000瓦，接头的移动速度为
0.3-1.2米每分钟，所述焊接方向与所述第一吹气口喷射保护气体的方向相反。在其中一个实施例中，所述保护气体为氮气，所述第一吹气口、所述第二吹气口及所述第三吹气口中氮气的流速为15-30升每分钟。在其中一个实施例中，在所述将所述激光焊接装置置于待焊接工件的表面上方的步骤之前，所述焊接方法还包括:对所述待焊接工件的表面进行清洁处理。在其中一个实施例中，所述方法还包括:对焊接效果进行测试，并根据所述焊接效果调整各项参数。上述激光焊接装置及焊接方法，由于焊接头的聚集镜片为长焦镜片，故在焊接时，焊接头可置于离焊接熔池较远的位置，从而可减小熔池热辐射对于焊接头中光学器件的影响，避免聚集镜片产生焦点漂移。此外，侧吹保护结构的第一吹气口在焊接时向焊接熔池喷射保护气体，可将熔池上方的等离子体吹散，从而可减少等离子体火焰的高度，减小了等离子体对激光束的屏蔽作用，进而避免产生驼峰。综上所述，上述激光焊接装置及焊接方法可有效提高厚板焊接过程中的焊接稳定性。
图1为发明较佳实施例中激光焊接装置的结构示意图；图2为图1所示激光焊接装置中侧吹保护结构的示意图；图3为一实施例中焊接方法的流程示意图。
具体实施例方式为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明较佳实施例中的激光焊接装置100包括焊接头110、安装支架120及侧吹保护结构130。焊接头110可与传输激光的光纤连通。激光束通过光纤传输至焊接头110，并从焊接头110出射。焊接头110设有聚集镜片111，激光束经聚集镜片111汇聚后出射。聚集镜片111为长焦镜片，故激光束的汇集点离聚焦镜片111较远。因此，在焊接时可使焊接头110与待焊接工件的表面间隔较大的距离，从而减小焊接熔池的热辐射对焊接头110的影响，避免因聚集镜片111受热过多而产生焦点漂移，进而保证焊接过程中的稳定性。在本实施例中，焊接头110为直角焊接头。具体的，从光纤传输来的激光束经过一反射镜90度的反射后从焊接头110出射。因此，可使从光纤传来的激光束不透射分光镜，而是通过反射镜反射，这样可以减少镜片对激光的吸收，避免焊接头110内部镜片过热变形引起的焦点漂移。请一并参阅图2，侧吹保护结构130可转动地设于焊接头110上。具体在本实施例中，侧吹保护结构130安装于安装支架120上。安装支架120固定于焊接头110上。需要指出的是，在其他实施例中，安装支架120可省略，而将侧吹保护结构130直接安装于焊接头110上。通过旋转侧吹保护结构130，可调节侧吹保护结构130与焊接头110之间的夹角。侧吹保护结构130包括进气管131、第一吹气口 133、第二吹气口 135及第三吹气口 137。进气管131可与输送保护气体的管道连通，用于输送保护气体。第一吹气口 133位于侧吹保护结构130的中部并与进气管131连通。保护气体可通过管道进入进气管131，并从第一吹气口 133喷出。第二吹气口 135及第三吹气口 137对称分布于第一吹气口 133的两侧并与第一吹气口 133呈预设角度。第二吹气口 135及第三吹气口 137与进气管131连通，保护气体可通过管道进入进气管131，并从第二吹气口 135及第三吹气口 137喷出。在焊接时，第一吹气口 133可将待焊接工件表面的等离子体吹散，从而减弱工件焊接时产生的等离子体效应。因此，用于焊接的激光束受等离子体屏蔽较小，从而避免产生驼峰现象。而第二吹气口 135则可从两侧向焊接熔池吹送保护气体。因此，保护气体可在待焊接工件的熔池维持形成一层保护层，从而避免待焊接工件在高温状态下被氧化。需要指出的是，在其他实施例中，第二吹气口 135及第三吹气口 137可省略。在焊接时，可通过外接的保护气体喷射装置在焊接熔池位置喷射保护气体，以形成防止氧化的保护层。 激光焊接装置100，由于聚集镜片111为长焦镜片，故在焊接时，焊接头110可置于离焊接熔池较远的位置，从而可减小熔池热辐射对于焊接头110中光学器件的影响，避免聚集镜片111产生焦点漂移。此外，侧吹保护结构130的第一吹气口 133在焊接时向焊接熔池喷射保护气体，可将熔池上方的等离子体吹散，从而可减少等离子体火焰的高度，减小了等离子体对激光束的屏蔽作用，进而避免产生驼峰。此外，本发明还提供一种焊接方法。为实现该焊接方法，其采用上述激光焊接装置100。请参阅图3，本发明较佳实施例中的焊接方法包括步骤SllO S140:步骤S110，将激光焊接装置100置于待焊接工件的表面上方。具体的，焊接前需先将待焊接工件水平放置。再将激光焊接装置100置于待焊接工件的表面上方。而且，使焊接头110对准待焊接工件的表面。在本实施例中，在上述步骤SI 10之前，上述焊接方法还包括:对待焊接工件的表面进行清洁处理。由于工件表面可能存在灰尘等其他一些杂质，焊接时可能会使焊接位置出现裂纹、气孔等。因此，在焊接前对待焊接工件的表面进行清洁可改善焊接效果。步骤S120，调整焊接头110的高度，以使聚集镜片111的焦点与待焊接工件的表面间隔预设距离。具体的，聚集镜片111的焦点与待焊接工件的表面间隔预设距离，即焊接过程中具有预设的离焦量。离焦量就是焦点离作用物质间的距离，离焦量对焊接质量的影响很大。由于焊接厚板的过程中所采用激光束为高功率的。因此，激光束焦点处光斑中心的功率密度过高，从而容易使熔池内的融液产生飞溅。在本实施例中，根据激光束的功率，将预设距离设置在较大范围。因此，激光束照射到待焊接工件表面时光斑面积较大，激光功率密度分布相对均匀，从而有效的避免飞溅。在本实施例中，焊接头110与待焊接工件表面的夹角为非直角。当焊接头110垂直于待焊接工件的表面时，熔池反光最为明显，过多的热辐射导致焊接头110中的光学元件热变形，进而影响焊接稳定性。使焊接头110倾斜一定角度，可减少熔池热辐射对于聚集镜片111的影响能，从而能有效防止激光焦点漂移，提高焊接过程的稳定性。步骤S130，焊接头110向待焊接工件的表面出射激光束以形成焊接熔池，并以预设速度沿预设的焊接方向移动。在本实施例中，激光束的功率不小于15000瓦。由于是对厚度较大的板件进行焊接，因此，需要高功率的激光束才能对板件进行穿透。进一步的，焊接头110的移动速度为
0.3-1.2米每分钟。具体的，当板材的厚度为14毫米时，焊接头110的移动速度1.2米每分钟。因此，激光束可对待焊接的工件进行充分焊接。需要指出的是，在其他实施例中，可根据板件的厚度及其他条件对激光束的参数进行调整。步骤S140，旋转侧吹保护结构130，以使第一吹气口 133与待焊接工件的表面平行，并喷射保护气体。具体的，第一吹气口 133可将待焊接工件表面的等离子气体吹散，从而减弱在待焊接工件的表面产生等离子体效应。因此，用于焊接的激光束受等离子体影响较小，从而避免产生驼峰现象。在本实施例中，侧吹保护结构130还包括第二吹气口 135及第三吹气口 137，第二吹气口 135及第三吹气口 137向焊接熔池喷射保护气体。由于第二吹气口 135及第三吹气口 137对称分布于第一吹气口 133的两侧。因此，保护气体可从两侧向焊接熔池包覆，从而在待焊接工件的熔池维持形成一层保护层，进而避免待焊接工件在高温状态下被氧化。在本实施例中，保护气体为氮气。在厚板的焊接过程中，由于板件较厚，内部容易产生气孔，采用氮气作为保护气体可有效的避免气孔产生，从而改善焊接效果。进一步的，第一吹气口 133、第二吹气口 135及第三吹气口 137中氮气的流速为15-30升每分钟。具体的，当板材的厚度为14毫米时，氮气的流速为20升每分钟。进一步的，在本实施例中，焊接方向与第一吹气口 133喷射保护气体的方向相反。因此，未焊接的工件表面不会受焊接烟尘的影响，保证焊接质量。在本实施例中，上述焊接方法还包括:对焊接效果进行测试，并根据焊接效果调整各项参数。具体的，可在焊接过程中实时检测焊接效果。例如，若激光束难以穿透待焊接工件，则增大激光束的功率或减小焊接头的移动速度。若在待焊接工件的表面产生驼峰，则相应的增大第一吹气口 133中保护气体的流速，并调整第一吹气口 133的位置。若产生飞溅较大，则可相应调整焊接头110的高度，以使聚集镜片111的焦点与待焊接工件的表面间隔的距离增大。因此，通过调整，可达到最佳的焊接效果。上述焊接方法，在焊接时，焊接头110可置于离焊接熔池较远的位置，从而可减小熔池热辐射对于焊接头110中光学器件的影响，避免聚集镜片111产生焦点漂移。此外，侧吹保护结构130的第一吹气口 133在焊接时向焊接熔池喷射保护气体，可将熔池上方的等离子体吹散，从而可减少等离子体火焰的高度，减小了等离子体对激光束的屏蔽作用，进而避免产生驼峰。综上所述，上述焊接方法可有效提高厚板焊接过程中的焊接稳定性。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种激光焊接装置，其特征在于，包括: 焊接头，可与传输激光的光纤连通，所述焊接头设有聚集镜片，激光束经所述聚集镜片汇聚后出射，所述聚集镜片为长焦镜片 '及 侧吹保护结构，可转动地设于所述焊接头上，所述侧吹保护结构包括: 输送保护气体的进气管； 第一吹气口，位于所述侧吹保护结构的中部并与所述进气管连通，保护气体可从所述第一吹气口喷出。
2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述侧吹保护结构还包括第二吹气口及第三吹气口，所述第二吹气口及所述第三吹气口分别对称分布于所述第一吹气口的两侧并与所述第一吹气口呈预设角度，所述第二吹气口及所述第三吹气口与所述进气管连通，保护气体可从所述第二吹气口及所述第三吹气口喷出。
3.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述焊接头为直角焊接头，以使激光束的入射光与出射光垂直。
4.一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供一种如上述权利要求1 3任一项所述的激光焊接装置； 将所述激光焊接装置置于待焊接工件的表面上方； 调整所述焊接头的高度，以使所述聚集镜片的焦点与所述待焊接工件的表面间隔预设距离； 所述焊接头向所述待焊接工件的表面出射激光束以形成焊接熔池，并以预设速度沿预设的焊接方向移动； 旋转所述侧吹保护结构，以使所述第一吹气口与所述待焊接工件的表面平行，并喷射保护气体。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述侧吹保护结构还包括第二吹气口及第三吹气口，所述焊接方法还包括: 所述第二出气口及所述第三吹气口向所述焊接熔池喷射保护气体。
6.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接头的出射激光束与所述待焊接工件表面的夹角为非直角。
7.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述激光束的功率不小于15000瓦，接头的移动速度为0.3-1.2米每分钟，所述焊接方向与所述第一吹气口喷射保护气体的方向相反。
8.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述保护气体为氮气，所述第一吹气口、所述第二吹气口及所述第三吹气口中氮气的流速为15-30升每分钟。
9.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，在所述将所述激光焊接装置置于待焊接工件的表面上方的步骤之前，所述焊接方法还包括: 对所述待焊接工件的表面进行清洁处理。
10.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述方法还包括: 对焊接效果进行测试，并根据所述焊接效果调整各项参数。
全文摘要
一种激光焊接装置，由于焊接头的聚集镜片为长焦镜片，故在焊接时，焊接头可置于离焊接熔池较远的位置，从而可减小熔池热辐射对于焊接头中光学器件的影响，避免聚集镜片产生焦点漂移。此外，侧吹保护结构的第一吹气口在焊接时向焊接熔池喷射保护气体，可将熔池上方的等离子体吹散，从而可减少等离子体火焰的高度，减小了等离子体对激光束的屏蔽作用，进而避免产生驼峰。综上所述，上述激光焊接装置可有效提高厚板焊接过程中的焊接稳定性。此外，本发明还提供一种焊接方法。
文档编号B23K26/20GK103170744SQ201310125410
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者邓时累, 张明军, 唐景龙, 陈根余, 陈燚, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司