一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，其特征在于：步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件；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、提供激光自熔焊接系统；步骤4、提供激光填丝焊接系统，激光填丝焊接系统中第二激光焊接头、送丝头与第一激光焊接头在焊接方向上串行成列设置；步骤5、启动激光自熔焊接系统，第一激光焊接头聚焦形成的高能量激光束垂直辐照第一工件表面；步骤6、启动激光填丝焊接系统，第二激光焊接头、送丝头沿着第一激光焊接头的轨迹进行填丝焊接，完成焊接过程。本发明专利技术还公开一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接系统。相对于现有技术，本发明专利技术具有良好的焊接效果，且工艺简单。

A laser welding method and system for lap joint of galvanized steel sheet with zero gap

The invention relates to a zero gap galvanized steel plate joint laser welding method, which is characterized in: Step 1, providing the first workpiece and second workpiece to be overlapped and welding; step 2, the first workpiece and the second workpiece are vertically folded and clamped; step 3, providing a laser self melting welding system; step 4, providing laser filling. In the wire welding system, the second laser welding head, the wire feed head and the first laser welding head are arranged in series in the welding direction; step 5, start the laser self melting welding system, and the first laser welding head is focused by the high energy laser beam to irradiate the first workpiece surface vertically; step 6, start the laser filling. The welding system, the second laser welding head and the wire feeding head weld along the track of the first laser welding head to complete the welding process. The invention also discloses a zero gap galvanized steel lap joint laser welding system. Compared with the prior art, the invention has good welding effect and simple process.

【技术实现步骤摘要】
一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法与系统
本专利技术涉及一种激光焊接领域，尤其涉及一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法与系统。
技术介绍
在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，使得其在现代工业生产中占有非常重要的地位。各种类型的镀锌板材在汽车制造、建筑、通风和供热设施以及家具制造等领域得到广泛的应用。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。目前，镀锌钢的主要焊接工艺有三种：电阻点焊、电弧焊和激光焊接。对电阻点焊而言，由于镀锌层的存在，焊接时电极易于锌层合金化，降低电极的寿命。而采用电弧焊接镀锌钢时，由于锌的低沸点，在电弧刚接触到镀锌层时，锌迅速气化，产生的锌蒸气向外喷射，很容易使焊接产生熔渣粒子、气孔、飞溅、未熔合及裂纹等焊接缺陷，电弧的稳定性也因此受到影响，焊接质量下降，同时焊接过程中还会产生大量烟雾粉尘。另外，由于电弧焊的焊缝宽度较大，且热输入量大，镀层锌的大量气化降低了镀锌钢焊缝处的抗腐蚀性能。镀锌钢叠接接头采用激光焊接时，同样存在镀锌层的气化，以及表面飞溅、焊接气孔等缺陷。为此，公开号为“CN102233481B”、“CN102120288B”和“US8692152B2”的专利技术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“CN102451955B”、“CN101695790B”和“JP61-74793A”的专利技术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，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。公开号为“US6479168B2”、“US20080035615A1”、“US7329828B2”和“CN101508058B”的专利技术专利公开了镀锌钢板搭接激光焊接方法，其中在钢板搭接面之间放置Cu、Al、Zn/Al和Al-Sn等金属箔，利用合金元素与锌的冶金反应降低锌蒸气对焊接过程的影响，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：预置金属箔增加了工艺复杂性，且预置的合金元素会带来新的焊接问题，如氧化、接头软化、耐蚀性降低等。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接过程中锌层剧烈蒸发，焊接过程极不稳定，易出现焊接表面飞溅、气孔等缺陷的问题。本专利技术提供一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，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、提供激光自熔焊接系统，激光自熔焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、第一激光焊接头，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激光焊接头相连。步骤4、提供激光填丝焊接系统，激光填丝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、第二激光焊接头，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二激光焊接头相连，激光焊接头、送丝头与激光切割头在焊接方向上串行成列设置。步骤5、启动激光自熔焊接系统，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面。步骤6、启动激光填丝焊接系统，第二激光焊接头、送丝头跟随第一激光焊接头的轨迹进行填丝焊接，熔化的焊丝与激光填丝焊接熔池冷却后共同形成接头，完成焊接过程。在其中一实施例中，步骤1中，镀锌钢板厚度为0.8~3mm。在其中一实施例中，步骤2中，第一工件和第二工件之间板间间隙为零。在其中一实施例中，步骤3中，激光自熔焊接系统中，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束激光功率为3~6kW，焦点功率密度为106~107W/cm2。在其中一实施例中，步骤3中，激光自熔焊接系统中，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束可以是光纤激光，碟片激光或CO2激光。在其中一实施例中，步骤4中，激光填丝焊接系统中，第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束激光功率为1~2.5kW。在其中一实施例中，步骤4中，激光填丝焊接系统中，第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束中心线与竖直方向的夹角α为0~15°。在其中一实施例中，步骤4中，激光填丝焊接系统中，送丝头的送丝角度β为30~75°。在其中一实施例中，步骤5中，激光自熔焊接系统中，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件和第二工件叠接接头，得到严重塌陷的焊缝。本专利技术还提供一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接系统，包括激光自熔焊接系统和激光填丝焊接系统两个子系统，激光自熔焊接系统中第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束、激光填丝焊接系统中送丝头和第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束在焊接方向上串行成列设置，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到严重塌陷的焊接熔池，第二激光焊接头、送丝头跟随第一激光焊接头的轨迹进行填丝焊接，熔化的焊丝与填丝焊接熔池冷却后共同形成接头，完成焊接过程，激光自熔焊接系统和激光填丝焊接系统中第一激光焊接头和第二激光焊接头固定连接在机械手末端的连接法兰上。在其中一实施例中，激光自熔焊接系统中还包括与第一激光焊接头对应设置的第一保护气喷嘴，第一保护气喷嘴固定在第一激光焊接头的第一固定支架上。在其中一实施例中，激光填丝焊接系统中还包括与第二激光焊接头对应设置的第二保护气喷嘴，送丝头、第二保护气喷嘴分别固定在第二激光焊接头的第二固定支架和第三固定架上。在其中一实施例中，激光填丝焊接系统中第二激光焊接头中心线与竖直方向的夹角α为0~15°。在其中一实施例中，激光填丝焊接系统中送丝头的送丝角度β为0~75°。在其中一实施例中，激光自熔焊接系统中第一激光焊接头聚焦形成的第一接轨迹垂直辐照第一工件和第二工件叠接接头，得到严重塌陷的焊缝。本专利技术的有益效果是。1）在本专利技术中，首先采用高能量激光束对镀锌钢板叠接接头进行激光自熔焊接，利用高能量激光束形成贯穿上下工件的焊接小孔，且持续稳定维持焊接小孔底部开口开放，大量金属蒸汽和小孔前沿熔融金属从小孔底部喷出，焊接熔池严重塌陷，获得严重塌陷的焊缝。在此过程中上下工件叠接处的锌层蒸发产生的锌蒸汽也随小孔内的金属蒸汽向下喷出，即使叠接处的锌层蒸发产生的锌蒸汽没有向下喷出，对严重塌陷的焊接熔池也不会产生干扰，从而有效避免了叠接处锌层直接蒸发而干扰焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提供一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，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、提供激光自熔焊接系统，激光自熔焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、第一激光焊接头，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激光焊接头相连；步骤4、提供激光填丝焊接系统，激光填丝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、第二激光焊接头，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二激光焊接头相连，激光焊接头、送丝头与激光切割头在焊接方向上串行成列设置；步骤5、启动激光自熔焊接系统，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到严重塌陷的焊接熔池；步骤6、启动激光填丝焊接系统，第二激光焊接头、送丝头跟随第一激光焊接头的轨迹进行填丝焊接，熔化的焊丝与填丝焊接熔池冷却后共同形成接头，完成焊接过程。

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，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、提供激光自熔焊接系统，激光自熔焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、第一激光焊接头，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激光焊接头相连；步骤4、提供激光填丝焊接系统，激光填丝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、第二激光焊接头，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二激光焊接头相连，激光焊接头、送丝头与激光切割头在焊接方向上串行成列设置；步骤5、启动激光自熔焊接系统，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到严重塌陷的焊接熔池；步骤6、启动激光填丝焊接系统，第二激光焊接头、送丝头跟随第一激光焊接头的轨迹进行填丝焊接，熔化的焊丝与填丝焊接熔池冷却后共同形成接头，完成焊接过程。2.根据权利要求1所述的零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，其特征在于：步骤3中，激光自熔焊接系统中，第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束激光功率为3~6kW，焦点功率密度为106~107W/cm2。3.根据权利要求1所述的零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，其特征在于：步骤4中，激光填丝焊接系统中，第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束激光功率为1~2.5kW。4.根据权利要求1所述的零间隙镀锌钢板叠接接头激光焊接方法，其特征在于：步骤4中，激光填丝焊接系统中，第二激光焊接头聚焦形成的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明军，王志军，张云，谢志州，李河清，胡宏伟，张英哲，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43