一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法技术

本发明专利技术提供一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法，包括将至少两个钢基底金属工件重叠构成堆叠件，将激光束引导至堆叠件的顶表面，使激光束沿着堆叠件顶表面以一定的焊接路径行进，焊接路径具有多个阶段，每个阶段的行进路径具有起始点、终点以及行进方向，至少一个阶段的初始行进点为上一阶段的行进终点，且该阶段的总体行进方向与上一阶段的总体行进方向相反，通过激光束多阶段的作用，使堆叠件形成焊接接头，多阶段路径的快速焊接有助于抑制焊接过程产生的缺陷。接过程产生的缺陷。接过程产生的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法


[0001]本专利技术属于激光焊接领域，具体涉及一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法。

技术介绍

[0002]为了使钢板具有良好的防腐蚀作用，钢板表面通常镀有一层可防腐的镀层，特别是镀锌层。镀锌钢板以其成本低、抗腐蚀性能优异得到广泛应用，尤其是在汽车、航空、造船、铁路和房屋建筑等领域。目前对于镀锌板的搭接焊接方法主要集中在电阻点焊工艺上，但是电阻点焊存在能耗高、表面质量差、电极寿命低、焊接所需法兰尺寸大等缺点，而激光焊接具有生产效率高、焊接质量好、能耗低等一系列优点，因此越来越多的厂商希望能采用激光焊接的方法代替电阻点焊。
[0003]由于在镀锌钢的搭接激光焊接过程中，镀层锌和基体钢物理特性的极大差异(锌的熔点约420℃，沸点约908℃，基体钢的熔点约1300℃，沸点约2861℃)，镀层锌的气化先于基体钢的熔化，在激光束刚接触到镀锌层时，锌迅速气化，产生的锌蒸气向外喷射，特别是在焊接终了时刻，焊接匙孔的不连续性，使锌蒸汽压力在匙孔处释放带出熔化的金属，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，导致焊接质量下降，特别是在进行激光点焊时，随着焊点半径增大，外圈相对镀层量增加，这种缺陷将更加明显，极大地限制了镀锌钢板的激光焊接应用。
[0004]中国专利CN102451955B和CN101695790B公开了利用在镀锌钢搭接界面添置间隔物或水平差距的方法，通过预留出锌蒸汽排出的通道，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接焊缝气孔和飞溅的问题，但该方法在实际操作中，控制复杂且成本较高。
[0005]现有技术中还有利用在焊接前搭接界面预制凸起、预留间隙或设置排气通道的方法来使焊接过程中的锌蒸汽排出，这些方法虽然可以解决焊接质量问题，但额外工序的增加，无疑会提高制造成本降低生产效率。
[0006]中国专利CN105899323B公开了利用多步的激光焊接方法来预热或先产生激光小孔排出锌蒸汽再通过后续的激光焊接工序来实现低缺陷的镀锌板搭接激光焊接，该方法虽然也在一定程度上可解决焊接缺陷的问题，但是对于工艺的控制也较为复杂。
[0007]中国专利CN107735208B、CN107949453B和CN106583926B公开了一系列利用螺旋路径激光远程焊接搭接镀锌板的方法，该方法在执行焊接过程中需要多次变换调整工艺参数，而在实际生产中对于不确定的搭配状态，以及针对于涂层厚度较厚时，并不一定能形成稳定优质的焊接接头。
[0008]申请号为201780091922.0的专利文本中公开了一种利用双光束相同路径的激光焊接方法，其必须要使第二束光束作用时第一束光束形成的熔池仍然保持在熔化状态，这对于整个工艺的控制极其复杂难于实现。
[0009]因此，需要一种高效、低成本的激光焊接方法，能够有效地在焊接过程过排出锌蒸汽或使其氧化转变，使镀锌钢板焊接时可以得到良好焊接质量的焊点或焊缝。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法，包括以下步骤：
[0011]将至少两个钢基底金属工件重叠构成堆叠件，堆叠件至少包括第一金属工件和第二金属工件，第一金属工件具有第一外表面和第一接合表面，第二金属工件具有第二外表面和第二接合表面，至少一个接合表面具有低熔点的锌基涂层，第一接合表面与所述第二接合表面堆叠构成第一接合界面；将激光束引导至堆叠件的顶表面以形成焊接小孔和围绕所述小孔的熔化焊池，使激光束沿着堆叠件顶表面以一定的焊接路径行进，所述焊接路径包括多个阶段，每个阶段的行进路径具有起始点、终点以及行进方向，至少一个阶段的初始点为上一阶段的所述终点，且该阶段的总体行进方向与上一阶段的总体行进方向相反；通过激光束多阶段的作用，使堆叠件形成焊接接头。
[0012]优选地，堆叠件还包括第三金属工件，第三金属工件具有相对的两个接合表面，第三金属工件的一个接合表面与所述第一金属工件的第一接合表面构成第一接合界面，第三金属工件的另一个接合表面与第二金属工件的第二接合表面构成第二结合界面。
[0013]优选地，堆叠件的各个结合界面间的搭接间隙为零。
[0014]优选地，锌基涂层为纯锌或锌合金。
[0015]优选地，焊接路径的第一阶段为由中心向外扩展的螺旋行进路径。
[0016]优选地，焊接路径的第二阶段为由外向内收缩的螺旋行进路径。
[0017]优选地，焊接路径的后一阶段的行进路径与上一阶段的行进路径相同。
[0018]优选地，焊接路径的后一阶段的行进路径与上一阶段的行进路径相适形。
[0019]优选地，焊接路径的后一阶段的行进路径与上一阶段的行进路径部分重叠。
[0020]优选地，焊接路径的后一阶段的激光束开始作用时刻即上一阶段的激光束作用终了时刻。
[0021]本专利技术的有益效果在于：通过多个相反方向的激光束快速作用，可使得前一束激光在去除或氧化转变结合界面的锌的基础上，稳定地形成低飞溅、孔洞少的焊接接头，特别是有助于减少焊接终了时刻位置锌蒸汽飞出导致的缺陷。
附图说明
[0022]图1为本专利技术远程激光焊接总体示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中一种堆叠钢工件焊接截面图；
[0024]图3为本专利技术实施例中一种堆叠钢工件焊接截面图；
[0025]图4为本专利技术实施例中一种堆叠钢工件焊接截面图；
[0026]图5为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0027]图6为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0028]图7为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0029]图8为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0030]图9为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0031]图10为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0032]图11为本专利技术实施例中一种焊接路径示意图；
[0033]图12为未使用本专利技术方法所得到的焊点表面图；
[0034]图13为本专利技术实施例中得到的焊点表面图；
[0035]图14为本专利技术实施例中得到的焊接横截面图。
[0036]附图标记：1-第一金属工件；2-第二金属工件；4-具有光束扫描移动的激光加工头；5-激光束；6-焊接路径；7-焊接熔池；8-激光匙孔；10-第一金属工件的厚度；12-锌涂层；1a-第一金属工件的顶面；1b-第一金属工件的接合面；13-第一接合界面；20-第二金属工件的厚度；2a-第二金属工件的顶面；2b-第二金属工件的底面；23-第二接合界面；30-第三金属工件的厚度；3a-第三金属工件的顶面；3b-第三金属工件的底面；40-激光束焦点；61-焊接路径的第一阶段行进路径；61a-焊接路径的第一阶段行进路径的起点；61b-焊接路径的第一阶段行进路径的终点；61c-焊接路径的第一阶段行进路径的总体行进方向；611-焊接路径的第一阶段行进路径的第一部分路径；612-焊接路径的第一阶段行进路径的第二部分路径；613-焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆叠钢工件的远程激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：将至少两个钢基底金属工件重叠构成堆叠件，所述堆叠件至少包括第一金属工件和第二金属工件，所述第一金属工件具有第一外表面和第一接合表面，所述第二金属工件具有第二外表面和第二接合表面，至少一个所述接合表面具有低熔点的锌基涂层，所述第一接合表面与所述第二接合表面堆叠构成第一接合界面；将激光束引导至所述堆叠件的顶表面，使所述激光束沿着所述堆叠件顶表面以一定的焊接路径行进，所述焊接路径包括多个阶段，每个阶段的行进路径具有起始点、终点以及行进方向，至少一个阶段的所述初始点为上一阶段的所述终点，且该阶段的总体行进方向与上一阶段的总体行进方向相反；通过激光束多阶段的作用，使所述堆叠件形成焊接接头。2.根据权利要求1所述的远程激光焊接方法，其特征在于，所述堆叠件还包括第三金属工件，所述第三金属工件具有相对的两个接合表面，所述第三金属工件的一个接合表面与所述第一金属工件的第一接合表面构成第一接合界面，所述第三金属工件的另一个接合表面与所述第二金属工件的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上陆，王艳俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：