一种激光钎焊系统和激光钎焊方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体地涉及一种激光钎焊系统和激光钎焊方法。

背景技术

激光焊接技术是以激光作为热源，将焊丝熔化，使被激光熔化的焊丝填充到待焊接区，完成激光焊接工艺。有一些商品整体需要轻量化，所以会选择尽量薄的工件，对于这类薄工件的焊接要求较高，因为需要保证焊接完成后的密封性，因此对于薄工件的焊接，需要保证焊接过程中工件不能被焊穿。

举例来说，比如随着新能源汽车的发展，对于电池装备的连接技术和表面质量的发展需求，激光焊接已经越来越多的用于汽车电池箱体的连接。

为减少汽车电池箱体的重量，多采用薄板工件，汽车电池箱体的盖板尺寸大，需要长距离焊接，在焊接的过程中会产生热应力导致材料变形，因此需要一种能够确保电池箱体盖板表面质量又能保证气密性的激光钎焊方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光钎焊方法，以解决薄板焊接过程中存在的变形、焊穿等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种激光钎焊系统，包括：搭接并夹紧的第一工件和第二工件，所述搭接后的第一工件与第二工件之间的间隙不大于0.5mm并形成内角焊接区和焊接路径；还设置有包括激光器、焊接头和送丝机构的激光焊接装置，所述激光器用于输出激光束并通过焊接头照射到内角焊接区，所述送丝机构输出钎料焊丝，所述激光束与钎料焊丝末端在内角焊接区相交于一点；启动激光焊接装置后送丝机构开始向内角焊接区输出焊丝，激光束在内角焊接区照射不断输出的钎料焊丝，并使钎料焊丝熔覆填充内角焊接区，焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动完成焊接。

在其中一个实施例中，所述焊接头上设置有固定支架，所述固定支架包圆弧通孔，所述送丝机构上设置有转接件，所述转接件可滑动地连接于圆弧通孔。

在其中一个实施例中，还提供六轴机器人，一方面，所述六轴机器人用于调整焊接头和送丝机构的相对位置，使所述激光束与焊丝末端在内角焊接区相交于一点；另一方面，所述六轴机器人还用于使焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动。

在其中一个实施例中，第一工件为1～3mm厚的工件，第二工件为0.3～1mm厚的工件。

在其中一个实施例中，所述钎料焊丝为直径为0.8～2mm的硅青铜或锡青铜。

在其中一个实施例中，还提供与焊接头同轴设置的吹气筒，所述吹气筒与水平面之间的夹角为40°～60°。

在其中一个实施例中，送丝机构还包括送丝直管，所述吹气筒与送丝直管之间的夹角为45°～60°。

一种激光钎焊方法，包括：搭接并夹紧第一工件和第二工件使第一工件与第二工件之间的间隙不大于0.3mm并形成内角焊接区和焊接路径；提供包括激光器、焊接头和送丝机构的激光焊接装置，所述激光器用于输出激光束并通过焊接头照射到内角焊接区，所述送丝机构输出钎料焊丝，调整所述激光束与钎料焊丝末端在内角焊接区相交于一点；启动激光焊接装置，送丝机构开始向内角焊接区输出钎料焊丝，激光束在内角焊接区照射不断输出的焊钎料丝，并使钎料焊丝熔覆填充内角焊接区，焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动完成焊接。

在其中一个实施例中，在完成焊接后还包括先关闭送丝机构、后关闭激光器的步骤。

在其中一个实施例中，所述送丝机构可滑动和/或可转动的连接于焊接头，以便于调整所述激光束与焊丝末端在内角焊接区相交于一点。

在其中一个实施例中，激光器的功率为700w～850w，扫描频率为60～80Hz，激光器输出的激光束的光斑的直径为1.4～1.8mm。

在其中一个实施例中，调整所述激光束的光斑面积的1/2～2/3位于水平面位置。

在其中一个实施例中，所述送丝机构输出钎料焊丝的速度为22～25mm/s。

在其中一个实施例中，激光焊接速度为23～26mm/s。

在其中一个实施例中，还提供与焊接头同轴设置的吹气筒，所述吹气筒与水平面之间的夹角为40°～60°。

在其中一个实施例中，送丝机构还包括送丝直管，所述吹气筒与送丝直管之间的夹角为45°～60°。

本发明的有益效果：

本发明一种激光钎焊系统和激光钎焊方法，采用钎料焊丝在工件拼接的内角区域进行激光钎焊，钎料焊丝的熔化温度低于工件的熔化温度，因此在钎焊过程中只有钎料被熔化，相配工件仅被加热，钎料熔化流入到工件之间的缺口并与工件表面结合，降低了工件的热应力，改善了焊接中工件变形的问题；同时，采用内角焊的方式，使熔化的钎料焊丝填入工件拼接后形成的直角内侧区域，避免工件被焊穿。

附图说明

图1为本发明一种激光钎焊系统一个实施例中的结构示意图；

图2本发明一种激光钎焊系统另一个实施例中的结构示意图；

图3本发明一种激光钎焊方法一个实施例中的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～图3所示，本实施例提供一种激光钎焊系统，包括：搭接并夹紧的第一工件1和第二工件2，所述搭接后的第一工件1与第二工件2之间的间隙不大于0.5mm并形成内角焊接区和焊接路径；还设置有包括激光器、焊接头和送丝机构的激光焊接装置，所述激光器用于输出激光束6并通过焊接头照射到内角焊接区，所述送丝机构输出钎料焊丝3，所述激光束6与钎料焊丝3末端在内角焊接区相交于一点；启动激光焊接装置后送丝机构开始向内角焊接区输出焊丝，激光束在内角焊接区照射不断输出的钎料焊丝，并使钎料焊丝熔覆填充内角焊接区，焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动完成焊接。

在其中一个实施例中，提供一种激光钎焊方法，包括：搭接并夹紧第一工件1和第二工件2使第一工件1与第二工件2之间的间隙不大于0.3mm并形成内角焊接区和焊接路径；提供包括激光器、焊接头和送丝机构的激光焊接装置，所述激光器用于输出激光束6并通过焊接头照射到内角焊接区，所述送丝机构输出钎料焊丝3，调整所述激光束6与钎料焊丝3末端在内角焊接区相交于同一点；启动激光焊接装置，送丝机构开始向内角焊接区输出钎料焊丝3，激光束6在内角焊接区照射不断输出的钎料焊丝3，并使钎料焊丝3熔覆填充内角焊接区，焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动完成焊接。内角焊接区具体是指两块工件搭接后形成的直角区域内侧，焊接路径是指两块工件搭接后，沿其搭接面形成的堆叠路径。本实施例一种激光钎焊方法，采用钎料焊丝3在工件拼接的内角区域进行激光钎焊，钎料焊丝3的熔化温度低于工件的熔化温度，因此在钎焊过程中只有钎料被熔化，相配工件仅被加热，钎料熔化流入到工件之间的缺口并与工件表面结合，降低了工件的热应力，改善了焊接中工件变形的问题；同时，采用内角焊的方式，使熔化的钎料焊丝填入工件拼接后形成的直角内侧区域，避免工件被焊穿。

在其中一个实施例中，在完成焊接后还包括先关闭送丝机构、后关闭激光器的步骤，避免焊丝堆叠在焊接路径末端。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述送丝机构可滑动和/或可转动的连接于焊接头或与焊接头同轴设置的同轴吹气筒，以便调整所述激光束6与焊丝3的相对位置，激光束6与焊丝3使末端在内角焊接区相交于一点。

在其中一个实施例中，所述焊接头或与焊接头同轴设置的同轴吹气筒5上设置有固定支架7，所述固定支架7包括圆弧通孔71，所述送丝机构上设置有转接件8，所述转接件8可滑动和可转动地连接于圆弧通孔71，具体地。圆弧通孔71的圆弧路径为圆弧通孔，所述转接件8设置有与圆弧通孔匹配的凸状连接头，所述连接头可在圆弧通孔中滑动从而带动送丝机构与可滑动地连接于焊接头或与焊接头同轴设置的同轴吹气筒5。

在其中一个实施例中，还提供六轴机器人(图中未示出)，一方面，所述六轴机器人用于调整焊接头和送丝机构的相对位置，使所述激光束与焊丝末端在内角焊接区相交于一点；另一方面，所述六轴机器人还用于使焊接头和送丝机构沿着焊接路径移动。

在其中一个实施例中，第一工件1为1～3mm厚的工件，第二工件2为0.3～1mm厚的工件。作为举例，所述第一工件1和/或第二工件2为高强钢。更优选地，所述第一工件的厚度为1～2mm、第二工件的厚度为0.4～0.9mm。钎料焊丝熔化与较薄工件搭接形成的间隙中，完成效果良好的焊接。

在其中一个实施例中，所述钎料焊丝为直径为0.8～2mm的硅青铜或锡青铜。

在其中一个实施例中，激光器的功率为700w～850w，扫描频率为60～80Hz，激光器输出的激光束的光斑的直径为1.4～1.8mm。

在其中一个实施例中，所述送丝机构输出焊丝的速度为22～25mm/s。

在其中一个实施例中，激光焊接速度为23～26mm/s。

通过优化功率和速度，促使钎料焊丝充分熔化，优化输出光斑的摆幅和频率，保证熔融钎料的铺展面积，促进搭接内角区域的填充饱满，保证焊接牢固和密封性。

在其中一个实施例中，调整所述激光束的光斑面积的1/2～2/3位于水平面位置。通过优化光斑的位置，是为了保证钎料焊丝在机器人做旋转姿态发生变化时与内角墙壁的板材发生碰撞，避免凝聚成球状，得到良好焊缝。

在其中一个实施例中，还提供与焊接头同轴设置的吹气筒5，所述吹气筒5与水平面之间的夹角α为40°～60°。

在其中一个实施例中，送丝机构还包括送丝直管4，所述吹气筒与送丝直管4之间的夹角β为45°～60°。

通过优化焊接角度、送丝角度，保证熔融钎料更快的接触工件传导热量与完成与工件焊接。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。