一种薄板非熔透激光焊接背部缺陷抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种薄板非熔透激光焊接方法，该方法基于非熔透激光焊接背部氧化变色产生的机理，通过改善背部散热条件，最大限度消除焊缝背部的热积累效应，改善焊缝背部表面质量，使其不发生氧化烧伤等缺陷，其特征在于，首先在夹具(7)上预置铜垫板(5)，然后将焊接材料(4)以搭接的方式装夹在铜垫板(5)之上，使用优化后的焊接参数进行非熔透焊接，激光束(2)照射到材料(4)表面，通过喷嘴(3)侧吹正面保护气体，并在夹具(7)上的冷却通道(6)内通入低温气体，利用铜垫板(5)优良的导热性以及铜垫板(5)两侧强烈的温度差，最大限度地消除焊缝背部的热积累效应，从而改善焊缝背部表面质量，避免氧化烧伤变色等缺陷的出现，具有很强的实用性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种薄板非熔透激光焊接背部缺陷抑制方法


[0001]本专利技术涉及一种薄板非熔透激光焊接方法，属于材料连接


技术介绍

[0002]激光焊接是一种现代的先进焊接方法，是激光材料加工技术应用的重要方面，在激光材料加工中所占的份额仅小于技术和应用都已非常成熟的激光切割技术。早在上世纪末，欧美各国就已把激光焊接充分应用到工业生产中，随着工业制造的发展，高速、高效、高精度、高柔性的加工技术倍受青睐。激光焊接技术通过几十年的研究与发展，在理论与应用上都日趋成熟，为其在工业制造中更广泛的应用提供了坚实的条件。
[0003]采用激光焊接薄钢板具有焊接热影响区小，熔宽比大、工件变形小、残余应力小、焊缝表面质量高等优势，可防止其他方法焊接所产生难以消除的变形。随着大功率激光器的飞速发展，激光焊接薄钢板的技术也取得了突飞猛进的发展。特别是在汽车、冶金等行业用薄钢板中，激光拼焊、激光搭接焊等焊接方式可以不受限制地把不同厚度、不同材质、镀层的薄钢板焊接成各种形状的零部件，激光焊接薄钢板已经普及。
[0004]在激光焊接领域，某些特殊服役情况要求实现非熔透焊接，以得到良好的密封性、一定强度和表面质量。如不锈钢铁道客车车体、电梯，表面不需要涂装，采用电阻点焊容易影响表面质量，且密闭性差，而非熔透激光焊接单面成型就能弥补点焊的这些缺点。在集装箱生产及钢制家具橱柜等领域，非熔透激光焊接同样能得到应用。对于非熔透激光焊接试件，焊缝的外观形貌是判断焊接质量的重要因素，即非熔透表面不能出现熔渣，焊缝背面不能出现热影响痕迹。
>[0005]非熔透激光焊接中熔深的控制是保证焊接外观质量的关键因素，但由于金属材料的导热性，热积累对焊接材料熔深的影响很大，连续、稳定的非熔透激光焊接仍然是薄板非熔透激光焊接的难点。
[0006]对于目前的非熔透激光焊接质量控制方法，公开号为CN103480966A的“一种奥氏体不锈钢搭接激光焊接方法”通过适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度C＞0.6B1、限制下板的熔化深度H＜0.5mm及加纯铜垫板等技术途径，改善不锈钢搭接焊接头的力学性能，避免焊缝背面氧化变色，提高激光焊接头的焊接质量。工艺步骤为：在焊件下面放置纯铜垫板
→
采用优化的激光焊接参数
→
实现不锈钢搭接焊连接。但是该方法仅采用铜板传热，对焊缝背面的作用比较有限。
[0007]公开号为CN103008884A的“激光搭接非熔透焊接方法”通过在未熔透面覆盖保护膜隔断空气进行焊接，避免、减少不锈钢轨道客车钢结构外露的未熔透面发生氧化、变色。这种方法对焊接条件的稳定性要求严格，对于焊接过程中激光参数的波动引起的背部烧伤甚至烧穿，起不了任何作用。
[0008]德国学者F.Abt采用一种基于细胞神经网络相机(CNN相机)的闭路控制系统，对Yb:YAG激光搭接焊过程中的影像特征进行分析，通过同轴实时采集焊接小孔的影像特征，与仅上板熔透和上、下板全熔透两种情况下的小孔影像进行对比分析，进而反馈调节激光
功率对焊接过程进行实时控制，取得了较好的效果，可以实现搭接接头的非熔透实时监控，但是对于非熔透状态下的缺陷如背部的烧伤等不能有效预防和调节。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种非熔透激光焊接方法，以解决非熔透搭接接头易出现的背部烧伤、氧化等难题。
[0010]本专利技术涉及一种薄板激光非熔透焊接方法，该方法基于激光非熔透焊接背部氧化变色产生的机理，通过改善背部散热条件，最大限度消除焊缝背部的热积累效应，改善焊缝背部表面质量，使其不发生氧化烧伤等缺陷，其特征在于，首先在夹具上预置铜垫板，然后将焊接材料以搭接的方式装夹在铜垫板之上，使用优化后的焊接参数进行非熔透焊接试验，激光束照射到材料表面，通过喷嘴侧吹正面保护气体，并在夹具上的冷却通道内通入低温气体，利用铜垫板优良的导热性以及铜垫板两侧强烈的温度差，最大限度地消除焊缝背部的热积累效应，从而改善焊缝背部表面质量，避免氧化烧伤变色等缺陷的出现，具有很强的实用性。
[0011]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0012](1)先将纯铜垫板放于夹具内，然后将两薄板搭接放在铜垫板上夹紧；
[0013](2)在铜板下面通入低温气体，利用铜垫板优良的导热性以及两侧强烈的温度差，可以最大限度地消除焊缝背部的热积累效应，从而改善焊缝背部表面质量，避免氧化烧伤变色等缺陷的出现。
[0014](3)薄板搭接接头采用激光非熔透焊接工艺，使搭接接头的上板熔透、下板不熔透，保证下板的表面质量；
[0015](4)激光焊采用正交试验优化的焊接参数，主要是激光功率、焊接速度、离焦量、正面保护气流量；激光焊接参数(激光功率、离焦量、焊接速度等)对薄板搭接接头熔深、熔宽、微观组织、力学性能及焊缝背面(搭接接头下板外表面)氧化变色程度影响显著。激光功率增大，熔深、熔宽及接头拉剪强度增加，但过大的激光功率导致焊缝背面氧化变色明显；离焦量减小，焊缝熔深增加，焊缝背面的颜色有加深的趋势；随着焊接速度增加，熔深、熔宽及接头拉剪强度降低，焊缝背面氧化变色程度减弱；在薄板搭接激光非熔透焊接时采用纯铜垫板并在底部通液氮冷却，可以加大背部散热力度，有利于降低搭接接头下板外表面温度，防止焊缝背面氧化变色；采用正交设计试验方法优化激光焊接参数，通过适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度、限制下板的熔化深度等技术途径，可改善接头的力学性能。本专利技术具有以下主要优点：
[0016]1、与传统点焊比较，激光焊接件密封性能好，强度高；
[0017]2、激光焊接试件具有热影响区小，深宽比大、工件变形小、残余应力小、焊缝表面质量高的优点；
[0018]3、激光焊接可以实现连续的非熔透接头，焊接位置转换灵活及易实现自动化，提高焊接质量和焊接效率；
[0019]4、利用铜板优良的导热性以及两侧强烈的温度差，可以最大限度地消除焊缝背部的热积累效应，从而改善焊缝背部表面质量，避免氧化烧伤变色等缺陷的出现，相比调节工艺参数等其他方法，本方法操作简单方便，实用性更强。
附图说明
[0020]图1是激光非熔透焊接示意图；
[0021]图2是激光非熔透焊接背部急冷原理图；
[0022]其中：1-焊接熔池，2-激光束，3-保护气喷嘴，4-焊接板材，5-铜垫板，6-低温气体通道，7-焊接夹具。
具体实施方式
[0023]本专利技术所述非熔透激光焊接方法包括以下具体步骤：
[0024]步骤1：做好焊前准备工作，包括在夹具上的焊接位置预置一块铜垫板，并做好密封处理，防止低温气体泄露；
[0025]步骤2：装夹工件，将焊接材料以搭接的方式装夹在铜垫板之上；
[0026]步骤3：在冷却通道通入低温气体，并检查是否有泄露情况；
[0027]步骤4：打开所有设备电源，开启激光器引导光开关，调节焊接机器人姿态使引导红光照射到焊接起始位置，准备焊接；
[0028]步骤5：设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明所述非熔透激光焊接方法包括以下具体步骤：步骤1：做好焊前准备工作，包括在夹具上的焊接位置预置一块铜垫板，并做好密封处理，防止低温气体泄露；步骤2：装夹工件，将焊接材料以搭接的方式装夹在铜垫板之上；步骤3：在冷却通道通入低温气体，并检查是否有泄露情况；步骤4：打开所有设备电源，开启激光器引导光开关，调节焊接机器人姿态使引导红光照射到焊接起始位置，准备焊接；步骤5：设置焊接参数，包括激光功率、焊接速度、离焦量、正面保护气体流量及种类等，开始焊接；在该步骤中各个焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱，刘登科，肖朝阳，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：