一种激光焊接曲面冲压件的方法
【专利摘要】本发明属于激光加工【技术领域】，提供一种激光焊接曲面冲压件的方法，包括步骤：调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差；以曲面冲压件待焊接边缘为轨迹进行激光焊接。本发明通过调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差，从而保证焊接轨迹覆盖在曲面冲压件待焊接边缘处，而不会偏离该边缘，避免工件被焊穿，实现大规模批量生产。
【专利说明】一种激光焊接曲面冲压件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工【技术领域】，尤其涉及一种激光焊接曲面冲压件的方法。
【背景技术】
[0002]激光焊接作为一种新型焊接技术，具有热输入量小、焊接强度高、易实现自动化等优点，因此得到越来越广泛的应用。
[0003]对于曲面冲压件例如水壶壶嘴与壶体的焊接，由于原有的电阻焊工艺需要先由人工操作完成点焊，再由人工采用胶水对焊接的接缝处进行进一步密封，工序较多，自动化程度较低，另一方面，采用胶水密封，易导致水体异味，不够环保，因此，目前已由激光焊接逐步取代了原有的焊接工艺，以减少工序，实现自动化操作，同时激光焊接可直接进行密封，提闻了广品品质。
[0004]以水壶壶嘴与壶体焊接为例，通常采用边缘缝焊的方式进行焊接，如图1、图2所示。激光束I投射在壶嘴2与壶体3相接的边缘处，形成焊接轨迹4，焊接后的工件浑然一体，外形美观，且可直接通过焊缝外观判断焊接效果。但是，通常水壶壶嘴等曲面冲压件，其尺寸公差都比较大，再加上夹具装夹的位置偏差，工件装夹后其边缘处的位置尺寸偏差就更大了。曲面冲压件根据其材质及厚度，通常采用YAG脉冲激光进行焊接，而YAG脉冲激光的焦点光斑较小，较大的位置偏差使激光光斑易偏离焊接位置，从而焊穿壶体，无法实现大规模批量生产。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于位置尺寸偏差较大的曲面冲压件的激光焊接方法。
[0006]为解决该问题，本发明提供一种激光焊接曲面冲压件的方法，包括以下步骤:
[0007]调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差；
[0008]以所述曲面冲压件待焊接边缘为轨迹进行激光焊接。
[0009]进一步地，所述激光焊接的步骤包括设置激光波形，该波形包括:
[0010]激光功率骤升阶段；
[0011]高功率维持阶段；
[0012]激光功率骤降阶段；
[0013]低功率维持阶段。
[0014]进一步地，所述调整激光光斑的步骤包括:
[0015]调整所述待焊接边缘处的位置偏离激光焦点位置，偏离量为+4?+6mm。
[0016]进一步地，所述激光焊接的步骤还包括:设置激光焊接轨迹上焊点的重叠率为每Imm焊接轨迹上有2.5?3.5个焊点。
[0017]进一步地，所述激光焊接步骤还包括:设置激光焊接轨迹沿标准曲面冲压件待焊接边缘呈S形摆动。
[0018]进一步地，S形摆动幅度为0.1?0.3mm。
[0019]进一步地，激光功率骤升阶段时长0.1?0.3ms，该阶段激光功率最大值为5?6kw。
[0020]进一步地，高功率维持阶段时长1.0?1.5ms，激光功率维持在5?6kw。
[0021]进一步地，激光功率骤降阶段时长0.4?0.6ms,该阶段激光功率最小值为I?1.2kw0
[0022]进一步地，低功率维持阶段时长2?3ms，激光功率维持在I?1.2kw。
[0023]与现有技术相比，本发明通过调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差，从而保证焊接轨迹覆盖在曲面冲压件待焊接边缘处，而不会偏离该边缘，避免工件被焊穿，实现大规模批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1、图2为激光边缘缝焊方式的焊接示意图；
[0025]图3为本发明激光焊接轨迹受位置尺寸偏差影响的示意图；
[0026]图4为本发明激光焊接所采用的激光波形示意图；
[0027]图5为本发明激光焊接轨迹呈S形摆动的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。
[0029]如图3所示，B为标准曲面冲压件待焊接边缘，A1、A2分别表示待焊接曲面冲压件与标准曲面冲压件在待焊接边缘处的位置尺寸偏差，即实际待焊接的边缘位于BI或B2处，而根据标准曲面冲压件设定的焊接轨迹在B处，因此，如果激光光斑太小，不足以完全覆盖该位置尺寸偏差，就会导致光斑偏离本应该进行焊接的位置而焊穿工件。
[0030]曲面冲压件通常尺寸公差较大，以水壶为例，壶嘴尺寸公差约为0.4mm,再加上夹具装夹的位置偏差，装夹后壶嘴与壶体相接边缘处的位置尺寸偏差会达到0.8mm甚至更大，而YAG脉冲激光的焦点光斑通常较小，其光斑半径R<0.8mm,因此容易导致焊穿壶体。其他的曲面冲压件例如各种家用电气外壳、汽车配件等也存在同样的问题。
[0031]为了避免上述问题，需要调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差，以水壶为例，即激光光斑半径需大于壶嘴与壶体相接边缘处的位置尺寸偏差。
[0032]目前，YAG脉冲激光多通过光纤传输到焊接头，为了获得较大的激光光斑，以适应工件较大的位置尺寸偏差，配置芯径较大的FS1-600um光纤，及焦距80-100mm的准直镜片和焦距220-250mm的聚焦镜片，此配置下，在焦点处可获得半径约0.8mm的激光光斑。
[0033]为进一步在焊接位置获得更大的光斑，采取正离焦的方式进行焊接，即调整焊接位置偏离激光焦点位置，偏离量为+4?+6_，即焦点位置较焊接位置更接近聚焦镜片，两位置之差为4?6mm，正离焦位的激光形态更稳定，可以保证更稳定的焊接效果。在此位置可获得直径2-3_的激光光斑，即使工件待焊接边缘处位置偏差大于0.8_，光斑仍能覆盖该边缘。
[0034]在焊接位置获得较大的激光光斑，即可获得较宽的焊缝，但相应地激光功率密度较低，焊接时所需要的激光能量也较大，因此容易焊穿工件或形成较大的背痕。为避免这一问题，设置激光采用特定的波形。
[0035]针对壁厚为0.5?0.8mm的水壶壶嘴与壶体，编辑脉冲激光波形如图4所示，该波形包括:
[0036]设置Tl时间段为激光功率骤升阶段，时长0.1?0.3ms，在该时间段内激光功率迅速升高至5?6kw，Tl时间段通常设置得很短，因为如果激光功率上升缓慢，则可能会因为激光脉宽大、热量积累大而使得工件被焊穿；
[0037]设置T2时间段为高功率维持阶段，时长1.0?1.5ms，在该时间段内激光功率维持在5?6kw ;在Tl、T2时间段内，工件表面受到高热量的影响迅速熔化，为了保证工件仅处于表面融化状态而不至于被焊穿，高功率维持的时间即T2时间段通常设置得较短；
[0038]在上述短时间高功率作用下，激光输出的能量还不足以使工件熔合到一起，为使金属能够熔合到一起而又不至于被焊穿，设置T3时间段为激光功率骤降阶段，时长0.4?0.6ms，在该时间段内激光功率降至I?1.2kw，为前述高功率的20%，同样的，T3时间段通常也设置得很短，因为如果激光功率下降缓慢，则可能会因为激光脉宽大、热量积累大而使得工件被焊穿；
[0039]设置T4时间段为低功率维持阶段，时长2?3ms，功率维持在I?1.2kw，在T3、T4时间段内，之前已熔化的金属在低热量的作用下熔合到一起，而又不至于因激光功率太大热量太闻而焊穿工件。
[0040]上述波形的时间及功率参数适用于厚度为0.5?0.8mm的曲面冲压件，如果待焊接曲面冲压件的厚度发生变化，则其参数也要相应改变。
[0041]为了进一步获得良好的焊接效果，设置脉冲激光频率(单位为Hz)数值为焊接速度(单位为mm/s)数值的2.5?3.5倍,即使得焊接轨迹上焊点的重叠率为每Imm焊接轨迹上有2.5?3.5个焊点，焊点重叠得以保证形成密封的焊缝。但是焊点的重叠率不能过高，否则可能会因为热输入量较大而焊穿工件、或造成焊缝背痕过大而不得不增加后续的表面处理工序。
[0042]为了使激光焊接进一步适应具有更大位置尺寸偏差的工件，在增大激光光斑进行焊接的同时，还可以设定焊接轨迹沿标准曲面冲压件待焊接边缘B呈S形摆动，摆动幅度为0.1?0.3mm，每6个焊点完成一次S形摆动，如图5所示。呈S摆动的轨迹进一步增加了焊缝宽度，提高了焊斑的覆盖宽度，在曲面冲压件待焊接边缘处有更大位置尺寸偏差时仍能获得良好的焊接效果。
【权利要求】
1.一种激光焊接曲面冲压件的方法，包括以下步骤: 调整激光光斑使其半径大于曲面冲压件待焊接边缘处的位置尺寸偏差； 以所述曲面冲压件待焊接边缘为轨迹进行激光焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光焊接的步骤包括设置激光波形，该波形包括: 激光功率骤升阶段； 高功率维持阶段； 激光功率骤降阶段； 低功率维持阶段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调整激光光斑的步骤包括: 调整所述待焊接边缘处的位置偏离激光焦点位置，偏离量为+4?+6_。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述激光焊接的步骤还包括:设置激光焊接轨迹上焊点的重叠率为每Imm焊接轨迹上有2.5?3.5个焊点。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述激光焊接步骤还包括:设置激光焊接轨迹沿标准曲面冲压件待焊接边缘呈S形摆动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:S形摆动幅度为0.1?0.3mm。
7.根据权利要求2或4或5所述的方法，其特征在于:激光功率骤升阶段时长0.1?0.3ms,该阶段激光功率最大值为5?6kw。
8.根据权利要求2或4或5所述的方法，其特征在于:高功率维持阶段时长1.0?1.5ms，激光功率维持在5?6kw。
9.根据权利要求2或4或5所述的方法，其特征在于:激光功率骤降阶段时长0.4?0.6ms,该阶段激光功率最小值为I?1.2kw。
10.根据权利要求2或4或5所述的方法，其特征在于:低功率维持阶段时长2?3ms，激光功率维持在I?1.2kw。
【文档编号】B23K26/21GK104308362SQ201410427518
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】朱宝华, 刘昊, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司