一种车用镀锌钢板远程焊接的系统的制作方法

本实用新型涉及一种切割焊接领域，尤其涉及一种车用镀锌钢板远程焊接的系统。

背景技术：

镀锌钢众多的优良性能，尤其是其优良的防腐蚀性能和经济效益，使得其在汽车工业生产中占有非常重要的地位。然而，因镀锌钢中锌层的存在，使得镀锌钢的焊接工艺性大大降低。原因是在镀锌钢的焊接过程中，镀层锌和基体钢物理特性的极大差异(镀锌层锌的熔点是420℃，沸点是907℃，远低于基体铁的熔点是1300℃)，镀层锌的气化先于基体钢的熔化。镀锌钢叠接接头采用激光焊接时，存在镀锌层的气化，焊接过程极不稳定，易出现焊接飞溅、焊缝凹陷、气孔等缺陷。

为此，公开号为“CN 102233481 B”、“CN 102120288 B”“US8692152 B2”的发明专利公开了镀锌钢板的激光搭接焊接方法，其中采用高功率大光斑激光束高速焊接镀锌钢板，在从激光照射点向后方延伸的熔融池内，形成细长孔，从而由激光照射产生的金属蒸气通过细长孔向激光行进方向后方并在朝向激光照射源的方向上排出，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接接头焊缝飞溅、针孔和气泡眼等焊接缺陷问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法中通过高功率激光和极快的焊接速度形成的细长小孔，实际焊接中难以控制，且高功率激光光源成本大幅提高。

公开号为“CN 104169039 B”、“CN 102451955 B”、“CN 101695790 B”和“JP61-74793A”的发明专利公开了镀锌钢板的激光搭接焊接方法，其中利用间隔物或者水平差距，在将经受搭接焊接的镀锌钢板之间设置用于排出锌蒸气的间隙，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接接头焊缝飞溅和气孔等焊接缺陷问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法中通过预先设置搭接板之间的间隙，增加了辅助工序，且在实际操作中，难以保持一致的间隙，如此增加了激光焊接工艺参数的匹配选择难度。

激光远程焊接应用在车身镀锌钢板零部件焊装具有效率高，夹具制作简易等优点，然而对于激光远程焊接镀锌钢叠接接头，焊接过程极不稳定，易出现焊接飞溅、焊缝凹陷、气孔等缺陷；采用预制板间间隙的方法，也存在焊缝凹陷及收尾凹坑的缺陷，焊缝强度下降。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前镀锌钢板叠接接头激光远程焊接过程中锌层剧烈蒸发，焊接过程极不稳定，易出现焊接飞溅、焊缝凹陷、气孔等缺陷的问题。

本实用新型提供一种车用镀锌钢板远程焊接的系统，包括如下步骤。

步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，第一工件与第二工件均为车用镀锌钢板。

步骤2、将第一工件和第二工件上下垂直叠接并夹紧。

步骤3、提供激光远程切割系统，激光远程切割系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、第一振镜扫描装置，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第二传输光纤与第一振镜扫描装置相连。

步骤4、提供激光远程焊接系统，激光远程焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第三传输光纤、第二振镜扫描装置，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第三传输光纤与第二振镜扫描装置相连。

步骤5、提供焊接夹具系统，焊接夹具系统具有夹具体、焊缝保护气侧吹喷嘴，夹具体、焊缝保护气侧吹喷嘴固定在一起，焊缝保护气侧吹喷嘴出口对准焊接区域。

步骤6、启动激光远程切割系统，第一振镜扫描装置聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到贯穿第一工件和第二工件的激光切割缝。

步骤7、启动机械手控制系统，插片机械手末端抓取装置抓取波浪形薄钢片插入激光切割缝中。

步骤8、启动激光远程焊接系统，第二振镜扫描装置聚焦形成的第二激光束辐照波浪形薄钢片和第一工件上表面，第二激光束中心线与激光切割缝的宽度方向对称面重合，第二激光束沿着待焊接轨迹进行激光远程焊接，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤3、4中，激光远程切割系统和激光远程焊接系统中的激光发生器为单模光纤激光发生器。

在其中一实施例中，步骤6、8中，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置聚焦形成的第一激光束和激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置聚焦形成的第二激光束激光功率均为 2～3kW。

在其中一实施例中，步骤6、8中，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置聚焦形成的第一激光束焦斑直径为Φ0.1～Φ0.5mm，焦点功率密度为10⁶～10⁷W/cm²；激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置聚焦形成的第二激光束焦斑直径为Φ0.4～Φ0.8mm。

在其中一实施例中，步骤8中，激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置聚焦形成的第二激光束焦点位置与第一工件表面之间的距离Δ为0～5mm。

在其中一实施例中，步骤7中，机械手控制系统中插片机械手末端抓取装置抓取的波浪形薄钢片。

在其中一实施例中，步骤7中，波浪形薄钢片厚度h为0.2～0.4mm。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件厚度为0.8～1.5mm。

在其中一实施例中，步骤6中，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置聚焦形成的第一激光束在第一工件和第二工件的叠接接头处形成一道完全激光切割缝。

在其中一实施例中，包括激光远程切割系统和激光远程焊接系统，激光远程切割系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、第一振镜扫描装置，激光远程焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第三传输光纤、第二振镜扫描装置，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置和激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置分别固定连接在第一机械手臂末端的第一连接法兰和第二机械手臂末端的第二连接法兰上，车用镀锌钢板远程焊接系统还包括机械手控制系统，机械手控制系统的插片机械手末端抓取装置抓取波浪形薄钢片插入激光切割缝中。

本实用新型的有益效果是。

1)在本实用新型中，首先采用高亮度单模激光束辐照镀锌钢板叠接接头进行激光远程切割，得到贯穿第一工件和第二工件的激光切割缝，然后在激光切割缝中插入波浪形薄钢片，将镀锌钢板叠接接头转变为镀锌钢板叠接-对接复合接头；特别地，插入的波浪形薄钢片为镀锌钢板叠接-对接复合接头创造了规律的间隙空间，对于正离焦(焦点位置在第一工件表面之上)焊接，发散传播的激光束可以穿过波浪形薄钢片的空隙直接熔化叠接处的镀锌层，锌蒸气可以通过波浪形薄钢片的空隙顺利逸出，有效避免了锌蒸气干扰焊接熔池，解决了镀锌钢板叠接接头激光远程焊接过程不稳定，易出现焊接飞溅、焊缝凹陷、气孔等缺陷的问题。

2)在本实用新型中，首先采用高亮度单模激光束辐照镀锌钢板叠接接头进行激光远程切割，得到贯穿第一工件和第二工件的激光切割缝，然后在激光切割缝中插入波浪形薄钢片，较常规的平钢片增加了更多的材料填充，可以获得成形饱满的焊缝，避免了焊缝凹陷和收尾凹坑，大大提高了焊缝强度。

3)采用本实用新型提供的车用镀锌钢板远程焊接系统，实现了镀锌钢板零间隙叠接接头远程焊接，具有良好的焊接效果，工艺简单，夹具简易，易于实现自动化，更适合汽车工业的大批量生产。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种车用镀锌钢板远程焊接系统所涉及的设备与母材布置示意图。

图2是激光切割缝横截面示意图。

图3是镀锌钢板叠接-对接复合接头局部结构俯视图。

图4是镀锌钢板叠接-对接复合接头A-A截面示意图。

图5是本实用新型系统焊接的焊缝横截面示意图。

其中：1—第一工件，2—第二工件，3—焊缝保护气喷嘴出口，4—夹具体，5—焊缝保护气喷嘴，6—激光发生器，7—第一传输光纤，8—分光器，9—第二传输光纤，10—第三传输光纤，11—第一机械手臂，12—第一连接法兰，13—第一振镜扫描装置，14—待焊接轨迹，15—第一激光束，16—激光切割缝，17—第二振镜扫描装置，18—第二连接法兰，19—第二机械手臂，20—第二激光束，21—插片机械手，22—抓取装置，23—波浪形薄钢片，24—镀锌层，25—凝固的焊缝，26—焊接方向。

具体实施方式

以下将结合附图1-5以及具体实施例来对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1-5所示，本实用新型实施例提供了一种车用镀锌钢板远程焊接系统包括如下步骤。

步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件1与第二工件2，第一工件1与第二工件2均为车用镀锌钢板。

可选的，第一工件1和第二工件2厚度为0.8～1.5mm。

步骤2、将第一工件1和第二工件2上下垂直叠接并夹紧。

步骤3、提供激光远程切割系统，激光远程切割系统具有激光发生器6、第一传输光纤 7、分光器8、第二传输光纤9、第一振镜扫描装置13，激光发生器6经第一传输光纤7与分光器8相连，然后分光器8经第二传输光纤9与第一振镜扫描装置13相连。

步骤4、提供激光远程焊接系统，激光远程焊接系统具有激光发生器6、第一传输光纤 7、分光器8、第三传输光纤10、第二振镜扫描装置17，激光发生器6经第一传输光纤7与分光器8相连，然后分光器8经第三传输光纤10与第二振镜扫描装置17相连。

可选的，激光远程切割系统和激光远程焊接系统中的激光发生器6为单模光纤激光发生器。

步骤5、提供焊接夹具系统，焊接夹具系统具有夹具体4，焊缝保护气侧吹喷嘴5，夹具体4、焊缝保护气侧吹喷嘴5固定在一起，焊缝保护气侧吹喷嘴出口3对准焊接区域。

步骤6、启动激光远程切割系统，第一振镜扫描装置13聚焦形成的第一激光束15垂直辐照第一工件1表面，得到贯穿第一工件1和第二工件2的激光切割缝16。

激光远程切割系统中第一振镜扫描装置13聚焦形成的第一激光束15在第一工件1和第二工件2的叠接接头处形成一道完全激光切割缝16。

步骤7、启动机械手控制系统，插片机械手21末端抓取装置22抓取波浪形薄钢片23 插入激光切割缝16中。

可选的，机械手控制系统中插片机械手21末端抓取装置22抓取的波浪形薄钢片23。

可选的，波浪形薄钢片23厚度h为0.2～0.4mm。

步骤8、启动激光远程焊接系统，第二振镜扫描装置17聚焦形成的第二激光束20辐照波浪形薄钢片23和第一工件1上表面，第二激光束20中心线与激光切割缝16的宽度方向对称面重合，第二激光束20沿着待焊接轨迹14进行激光远程焊接，完成焊接过程。

激光远程切割系统中第一振镜扫描装置13聚焦形成的第一激光束15和激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置17聚焦形成的第二激光束20激光功率均为2～3kW，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置13聚焦形成的第一激光束15焦斑直径为Φ0.1～Φ0.5mm，焦点功率密度为10⁶～10⁷W/cm²；激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置17聚焦形成的第二激光束20焦斑直径为Φ0.4～Φ0.8mm，第二激光束20焦点位置与第一工件1表面之间的距离Δ为 0～5mm。

本实用新型还提供一种车用镀锌钢板远程焊接系统，包括激光远程切割系统和激光远程焊接系统，激光远程切割系统具有激光发生器6、第一传输光纤7、分光器8、第二传输光纤9、第一振镜扫描装置13，激光远程焊接系统具有激光发生器6、第一传输光纤7、分光器 8、第三传输光纤10、第二振镜扫描装置17，激光远程切割系统中第一振镜扫描装置13和激光远程焊接系统中第二振镜扫描装置17分别固定连接在第一机械手臂11末端的第一连接法兰12和第二机械手臂19末端的第二连接法兰18上，车用镀锌钢板远程焊接系统还包括机械手控制系统，机械手控制系统的插片机械手21末端抓取装置22抓取波浪形薄钢片23插入激光切割缝16中。

在本实用新型中，首先采用高亮度单模激光束辐照镀锌钢板叠接接头进行激光远程切割，得到贯穿第一工件1和第二工件2的激光切割缝16，然后在激光切割缝16中插入波浪形薄钢片23，将镀锌钢板叠接接头转变为镀锌钢板叠接-对接复合接头；特别地，插入的波浪形薄钢片23为镀锌钢板叠接-对接复合接头创造了规律的间隙空间，对于正离焦(焦点位置在第一工件1表面之上)焊接，发散传播的激光束可以穿过波浪形薄钢片23的空隙直接熔化叠接处的镀锌层24，锌蒸气可以通过波浪形薄钢片23的空隙顺利逸出，有效避免了锌蒸气干扰焊接熔池，解决了镀锌钢板叠接接头激光远程焊接过程不稳定，易出现焊接飞溅、焊缝凹陷、气孔等缺陷的问题。

在本实用新型中，首先采用高亮度单模激光束辐照镀锌钢板叠接接头进行激光远程切割，得到贯穿第一工件1和第二工件2的激光切割缝16，然后在激光切割缝16中插入波浪形薄钢片23，较常规的平钢片增加了更多的材料填充，可以获得成形饱满的焊缝，避免了焊缝凹陷和收尾凹坑，大大提高了焊缝强度。

采用本实用新型提供的车用镀锌钢板远程焊接系统，实现了镀锌钢板零间隙叠接接头远程焊接，具有良好的焊接效果，工艺简单，夹具简易，易于实现自动化，更适合汽车工业的大批量生产。