一种激光圆弧摆动的点焊方法与流程

本发明涉及一种点焊方法。

背景技术

点焊技术是目前连接薄板搭接接头的一种最主要的连接方法，作为一种成熟的焊接工艺在各种工业生产中的应用都非常广泛。点焊的种类非常多，有传统的电阻点焊、电弧点焊，也有近几年发展迅速的激光点焊、搅拌摩擦点焊和复合点焊等。传统的电阻点焊要求电极接触焊接结构表面，对于复杂结构件的焊接可行性较低，且因为电流的分流作用，相邻焊点有最小间隔的设置，严重制约了焊接结构的性能，尤其是对于一些刚度要求较高的结构件。

激光点焊作为一种新的点焊方式，与传统的电阻点焊相比具有特有的优势，适于焊接一些高性能要求的不锈钢薄板焊接结构件。由于采用激光作热源，点焊速度快、精度高，热输入量小，工件变形小；激光的可达性较好，可以减少点焊时位置与结构上的限制；激光点焊属于无接触焊接，焊点之间的距离、搭接量等参数的调节范围大，对于复杂的焊接机构适应性好。

但是，在实际的应用中发现，在常见的经过表面处理的金属板，例如镀锌钢板的搭接焊接过程中，因为镀锌层中锌的沸点较低，焊接过程中会产生大量的锌蒸汽，这些气体由于没有其他的排除通道，在短时间内只能通过上层熔化金属排出，从而造成严重的焊接飞溅，甚至使焊接无法进行。此外，查阅文献发现，定点的激光点焊如果要形成直径6mm的焊点，焊接时间普遍在1s以上，较低的焊接效率制约了激光点焊在工厂中的大规模使用。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的镀锌金属板的搭接点焊接过程中，焊接过程中会产生大量的锌蒸汽，造成严重的焊接飞溅的技术问题，而提供一种激光圆弧摆动的点焊方法。

本发明的一种激光圆弧摆动的点焊方法是按以下步骤进行的：

一、将待点焊的多个金属板进行除氧化膜、除油污和除锈处理，然后将待点焊的多个金属板上下放置，相邻两层金属板之间的距离分为以下两种情况：

①、当相邻两层金属板中两个相对的面有一个或两个经过表面处理的面时，上下相邻的金属板之间保留空隙，所述的空隙小于上下相邻的两个金属板中上层金属板的厚度；

所述的经过表面处理为表面镀锌或表面涂覆有胶焊胶黏剂；

②、当相邻两层金属板中两个相对的面均未经表面处理时，上下相邻的金属板紧密接触或保留空隙，所述的空隙小于上下相邻的两个金属板中上层金属板的厚度；

所述的表面处理为表面镀锌或表面涂覆胶焊胶黏剂；

二、将激光扫描轨迹设定为n个两两相连的圆弧，圆弧的扫描方向为从焊点中心到焊点外围，rm为第m个圆弧的半径，m小于等于n，第m-1个圆弧的末端为第m个圆弧的始端，将激光束沿圆弧轨迹进行摆动点焊施加到焊接点形成熔化区域；所述的m和n均为正整数，且n≥2；

当m小于n时，rm大于rm-1；

当m等于n时，rm≥rm-1。

本发明激光圆弧摆动点焊的主要原理是通过金属板之间的间隙提供表面处理层的气体例如锌蒸汽的排出通道，激光圆弧扫描方向为从内到外，即激光能量从内到外驱赶表面处理层的气体例如锌蒸汽从焊点中心向四周扩散，避免因扫描方向从外到内，外圈先焊接，两层金属板连接堵塞间隙，使表面处理层的气体例如锌蒸汽无法排出的问题。而且相对于定点激光点焊，焊点直径的扩大主要靠熔池的热传导和热对流，激光圆弧摆动点焊依靠振镜的摆动使激光直接辐照的面积增大节省了焊接时间。

本发明的方法主要有如下几方面优势：

1、相对于电阻点焊，激光圆弧摆动点焊没有相邻焊点最小间隔的要求，可以极大的提高焊接结构的性能尤其是刚度；

2、相对于定点激光点焊，激光圆弧摆动点焊能够在0.4s左右完成直径6mm以上的焊点，提高了焊接效率，对于经过表面处理的金属板如镀锌钢板能够获得成形良好的焊点；

3、由于无需其它的附加装置，本发明方法可以广泛的适用于机器人焊接，提高激光圆弧摆动点焊的自动化程度。

附图说明

图1为试验一中激光圆弧摆动焊接装置的示意图；

图2为试验一中激光圆弧摆动焊接过程的俯视示意图；

图3为试验一中激光圆弧摆动焊接过程的俯视示意图；

图4为试验一中激光圆弧摆动焊接过程的俯视示意图；

图5为试验一中激光圆弧摆动焊接过程的俯视示意图；

图6为试验一中激光圆弧摆动焊接过程的俯视示意图；

图7为图2的正视图；

图8为图3的正视图；

图9为图4的正视图；

图10为图5的正视图；

图11为图6的正视图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种激光圆弧摆动的点焊方法，具体是按以下步骤进行的：

一、将待点焊的多个金属板进行除氧化膜、除油污和除锈处理，然后将待点焊的多个金属板上下放置，相邻两层金属板之间的距离分为以下两种情况：

①、当相邻两层金属板中两个相对的面有一个或两个经过表面处理的面时，上下相邻的金属板之间保留空隙，所述的空隙小于上下相邻的两个金属板中上层金属板的厚度；

所述的经过表面处理为表面镀锌或表面涂覆有胶焊胶黏剂；

②、当相邻两层金属板中两个相对的面均未经表面处理时，上下相邻的金属板紧密接触或保留空隙，所述的空隙小于上下相邻的两个金属板中上层金属板的厚度；

所述的表面处理为表面镀锌或表面涂覆胶焊胶黏剂；

二、将激光扫描轨迹设定为n个两两相连的圆弧，圆弧的扫描方向为从焊点中心到焊点外围，rm为第m个圆弧的半径，m小于等于n，第m-1个圆弧的末端为第m个圆弧的始端，将激光束沿圆弧轨迹进行摆动点焊施加到焊接点形成熔化区域；所述的m和n均为正整数，且n≥2；

当m小于n时，rm大于rm-1；

当m等于n时，rm≥rm-1。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的金属板为钢板或铝板。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一①中的上下相邻的金属板之间保留空隙的方法为在两个相邻的金属板之间放置塞尺。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的胶焊胶黏剂为环氧树脂胶粘剂。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的激光束的功率为4000w～6000w。其他与具体实施方式一至四之一相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种激光圆弧摆动的点焊方法，如图1-图11，具体是按以下步骤进行的：

一、将待点焊的两个金属板(p1和p2)进行除氧化膜、除油污和除锈处理，然后将待点焊的两个金属板上下水平放置(p1在p2的上方)，两个金属板(p1和p2)均为上下表面均镀锌的低碳钢板材q195板材，厚度均为1.8mm，两个金属板之间保留空隙0.3mm；

二、将激光扫描轨迹设定为5个两两相连的圆弧，圆弧的扫描方向为从焊点中心c到焊点外围，rm为第m个圆弧的半径，m小于等于5，第1个圆弧的末端为第2个圆弧的始端，第2个圆弧的末端为第3个圆弧的始端，第3个圆弧的末端为第4个圆弧的始端，第4个圆弧的末端为第5个圆弧的始端，将激光束沿圆弧轨迹进行摆动点焊施加到焊接点形成熔化区域；

r2大于r1，r3大于r2，r4大于r3，r5＝r4。

步骤一①中的上下相邻的金属板之间保留空隙的方法为在两个相邻的金属板之间放置塞尺；步骤二中所述的激光束的功率为4000w～6000w。

1、关于焊接装置：

图1是用于执行本试验的激光圆弧摆动焊接的装置的示意图，如图1所示是焊点w的焊接状态沿横向方向的视图，激光焊接装置包括激光器发射器01，第一旋转电机02，第二旋转电机03，第一驱动镜g1，第二驱动镜g2。第一驱动镜g1和第二驱动镜g2被设定可以通过第一旋转电机02和第二旋转电机03调控，分别绕电机的转轴旋转，这使得激光束l经由第一驱动镜g1与第二驱动镜g2的反射可以按照预先设定的轨迹照射到金属板(p1和p2)的表面；图中02和g1构成一个振镜，03电机和g2构成一个振镜。

2、关于焊点的形成：

在本试验中，两个金属板p1、p2是由图1中激光束l来焊接的。其中图2-图11显示了激光束l按照预先设定的圆弧摆动轨迹被投射到金属板p1上。如图2所示，激光束l在初始点c开始沿圆弧r1进行扫描使得图2中圆弧r1附近的金属熔化形成焊点w；而后如图3中示出的，激光束l继续沿圆弧r2进行扫描，圆弧r2的半径大于圆弧r1的半径，使得焊点w继续扩大。此后，如图4-图6所示，激光束l继续沿着图中所示的圆弧r3、r4、r5移动获得最终的焊点w。值得指出的是，如图5和图6，圆弧半径r4＝r5，这使得激光束扫描结束的点e(图6)和图5激光开始的点s重合，保证了焊接结束时不会在两次扫描半径之间存在未熔化的区域。

本试验虽然在图5和图6中设定了相同的扫描半径避免未熔化区域的产生，但实际中扫描半径r5可以大于扫描半径r4。