一種薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄板端接接頭激光與碾壓同步的焊接方法，屬于材料加工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前工業(yè)中經(jīng)常使用的薄板連接形式多為搭接或者對(duì)接，主要于汽車板材、電機(jī)軸與屏蔽套、水箱等構(gòu)件。通常材料為奧氏體和馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼、高鎳合金和鈦等。但是，搭接或者對(duì)接接頭焊接過(guò)程中，由于薄板容易失穩(wěn)變形使得搭接效果較差，對(duì)接時(shí)可能產(chǎn)生的氣孔及裂紋也會(huì)降低其力學(xué)性能。因此，對(duì)于密封容器的連接過(guò)程中，一般除了采用搭接或?qū)又?，還可能采用另外一種接頭形式一一端接接頭。
[0003]根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，最常使用的方法是TIG焊和微束等離子弧焊，焊接時(shí)易產(chǎn)生電弧挺度小、出現(xiàn)雙弧等不穩(wěn)定現(xiàn)象，存在冷卻收縮應(yīng)力大，熱輸入量大，焊接速度低，焊接應(yīng)力和變形大，容易產(chǎn)生熱裂紋等缺點(diǎn)。
[0004]目前，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行薄板焊接存在以下一些問(wèn)題:
[0005](1)對(duì)于薄板端接接頭焊接，尤其是厚度小于1.0mm以下的端接接頭，采用弧焊焊接過(guò)程中焊縫金屬容易下趟，導(dǎo)致焊縫成形差，甚至無(wú)法連接；
[0006](2)傳統(tǒng)弧焊焊接熔深淺，抗剪強(qiáng)度低；
[0007](3)焊接熱輸入大，工件變形較大，且焊接過(guò)程不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生缺陷，對(duì)力學(xué)性能及密封性有顯著影響；
[0008](4)焊接速度小，效率低，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)；
[0009](5)難以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自動(dòng)化控制，自動(dòng)化程度低。
[0010]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)接頭力學(xué)性能及密封性要求也日益提高，因而其制造方法的改進(jìn)和完善有相當(dāng)重大的意義。激光作為“二十一世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ暮附蛹夹g(shù)”之一，由于其具有能量密度高，焊縫質(zhì)量好，深寬比大，熱影響區(qū)小，焊接變形小，而且焊接速度快以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
[0011]但激光焊接對(duì)結(jié)構(gòu)件裝配精度要求很高，對(duì)于薄板端接接頭，如何保障激光焊接過(guò)程中板的緊密貼合和焊接過(guò)程的穩(wěn)定性是這一連接工藝的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，激光焊接的焊縫較窄，且在實(shí)際焊接過(guò)程中，在接頭處易產(chǎn)生大量氣孔缺陷，以上缺點(diǎn)均不利于此類結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能及密封性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明針對(duì)激光焊接薄板端接接頭過(guò)程中容易出現(xiàn)的漏光、焊縫成形不連續(xù)、焊后變形大等問(wèn)題，而提出了一種薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接方法。
[0013]本發(fā)明旨在焊接薄板端接接頭，采用激光與碾壓同步的焊接方法，進(jìn)行單層焊接得到符合要求的焊縫，其示意圖如圖1所示。激光與碾壓同步焊接是將傳統(tǒng)激光焊進(jìn)行改進(jìn)且與隨焊碾壓處理結(jié)合所得到的方法。在平行無(wú)間隙豎直放置的兩薄板兩側(cè)分別放置一滾輪，在焊接過(guò)程中對(duì)焊縫進(jìn)行碾壓，使焊縫嚴(yán)格對(duì)中，激光束位于兩平板接縫處，兩滾輪相對(duì)激光束位置保持不變，通過(guò)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和激光束的移動(dòng)來(lái)完成焊接。
[0014]本發(fā)明的一種薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0015]步驟一:將待焊工件的待焊接部位的兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗；
[0016]步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0017]步驟三:保持滾輪在焊接方向兩側(cè)水平布置，兩滾輪高度一致，且距離焊縫上表面垂直距離為1?10mm，激光束垂直入射，且焦點(diǎn)位于待焊接工件的兩平板接縫處，兩滾輪相對(duì)激光束位置保持不變，兩輪與待焊接工件接觸位置與激光束水平距離L為-100mm?100mm ;通過(guò)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和激光束的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接；其中，滾輪直徑為50?300mm ;滾輪厚度彡20mm ;接觸表面寬度為1?10mm ；
[0018]步驟四:設(shè)定工藝參數(shù)，激光功率為500W?5kW，離焦量為-3?+ 3mm，保護(hù)氣采用Ar氣，保護(hù)氣體流量為5L/min?35L/min ;滾輪壓力為lkN?20kN，焊接速度為0.5?3m/min ；
[0019]步驟五:打開激光器和碾壓裝置電源，啟動(dòng)激光同步碾壓焊接控制系統(tǒng)，實(shí)施焊接；即完成所述的薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接。
[0020]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)搭接接頭焊接主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
[0021]1、相比于傳統(tǒng)電弧焊等，顯著提高效率，焊接速度，降低了生產(chǎn)成本。減少熱輸入，降低殘余變形及殘余應(yīng)力，減少缺陷，降低材料焊接熱裂紋傾向及消除氣孔，提高接頭力學(xué)性能及密封性；
[0022]2、相比于單激光焊接，通過(guò)對(duì)焊縫兩側(cè)進(jìn)行碾壓，效果有以下幾點(diǎn):(1)不僅對(duì)接頭固定較強(qiáng)，消除了板間間隙、降低裝配精度要求，更好的利用激光能量，防止漏光及焊縫成形不連續(xù)。(2)同時(shí)降低了對(duì)前道工序(剪板)直線度的要求，降低了生產(chǎn)成本，提高了焊接質(zhì)量。(3)由于使用了滾輪進(jìn)行隨焊碾壓，不僅可以降低薄板的變形，降低了焊后矯形成本，而且可以降低焊縫內(nèi)應(yīng)力，顯著提高了焊縫的疲勞性能。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明激光同步碾壓焊接示意圖；
[0024]圖2為實(shí)施例1焊縫宏觀形貌的焊縫正面電鏡圖；
[0025]圖3為實(shí)施例1焊縫宏觀形貌的焊縫側(cè)面電鏡圖；
[0026]圖4為實(shí)施例1的單激光焊縫正面形貌電鏡圖；
[0027]圖5為TIG焊焊縫宏觀形貌焊縫正面電鏡圖；
[0028]圖6為TIG焊焊縫宏觀形貌焊縫側(cè)面電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0030]步驟一:將待焊工件的待焊接部位的兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗；
[0031]步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0032]步驟三:保持滾輪在焊接方向兩側(cè)水平布置，兩滾輪高度一致，且距離焊縫上表面垂直距離為1?10mm，激光束垂直入射，且焦點(diǎn)位于待焊接工件的兩平板接縫處，兩滾輪相對(duì)激光束位置保持不變，兩輪與待焊接工件接觸位置與激光束水平距離L為-100mm?100mm ;通過(guò)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和激光束的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接；其中，滾輪直徑為50?300mm ;滾輪厚度彡20mm ;接觸表面寬度為1?10mm ；
[0033]步驟四:設(shè)定工藝參數(shù)，激光功率為500W?5kW，離焦量為-3?+ 3mm，保護(hù)氣采用Ar氣，保護(hù)氣體流量為5L/min?35L/min ;滾輪壓力為lkN?20kN，焊接速度為0.5?3m/min ；
[0034]步驟五:打開激光器和碾壓裝置電源，啟動(dòng)激光同步碾壓焊接控制系統(tǒng)，實(shí)施焊接；即完成所述的薄板端接接頭同步碾壓的激光焊接。
[0035]本實(shí)施方式在激光同步碾壓焊接不銹鋼薄板端接接頭，激光器采用0)2氣體激光器、YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器等，其中，以采用光纖傳輸?shù)腨AG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器焊接效果最佳，因?yàn)槠涓屿`活和高效。
[0036]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的L的負(fù)值代表沿著焊接方向，激光束在前，滾輪在后；正值反之。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:滾輪端面形狀為圓弧形或平面形。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三所述的參數(shù)，設(shè)定后，焊接過(guò)程中均保持不變。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三所述的兩輪與待焊接工件接觸位置與激光束水平距離L為-80mm?80mm ;通過(guò)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和激光束的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接；其中，滾輪直徑為100?300mm ;滾輪厚度< 20mm ;接觸表面寬度為1?8_。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0040]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟三所述的兩輪與待焊接工件接觸位置與激光束水平距離L為-70mm?70mm ;通過(guò)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和激光束的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接；其中，滾輪直徑為120?300mm ;滾輪厚度< 20mm ;接觸表面寬度為1?7_。其