一种薄钢板角接接头的焊接方法与流程

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种薄钢板角接接头的焊接方法。

背景技术

现代高端厨具、家电等行业存在大量薄钢板角接接头，往往要求焊缝成形美观、一致性好，焊后工件无变形，热影响区小等。目前针对薄钢板角接接头的焊接成形工艺有氩弧焊、手工点焊，前者焊缝成形饱满，但热输入较大，焊接变形量较大，焊接烟尘较大；后者焊接效率低，需要打磨量大，成本高。

激光焊接具有热输入小，变形小等优点，逐渐引起厨具、家电等生产厂家的关注。在2018年7月13日公开的，公开号为“cn108274121a”，发明名称为“双光束激光焊接机及其焊接方法”的发明专利公开了一种双光束激光焊工艺方法，在一定程度上解决了薄钢板角接接头焊接成形的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：双激光束焊接工艺调整较复杂，热输入较大，焊后变形较大。

在2018年7月27日公开的，公开号为“cn108326420a”，发明名称为“角缝接头的圆弧角激光焊接成型方法”的发明专利公开了一种角缝接头激光焊接成形方法，在一定程度上解决了薄钢板角接接头焊接成形的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：焊接过程中需要精确调整激光焦斑在两板上的位置以及要求的接头间隙，工程实际大批量生产难以实现。

技术实现要素：

本发明针对厨具等薄钢板角接接头，要求焊缝成形美观、一致性好，焊后工件无变形，提供一种薄钢板角接接头的焊接方法。

本发明提供一种薄钢板角接接头的焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一工件和第二工件准确角接并夹紧。

步骤2：提供与第一工件和第二工件相同材料的第三工件，第三工件位于角接接头的正上方。

步骤3：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、激光切割头、机械手，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后经第二传输光纤与第一激光切割头相连，激光切割头在机械手的控制下运行。

步骤4：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上。

步骤5：提供激光焊接系统，激光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、激光焊接头、机械手，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后经第二传输光纤与第一激光焊接头相连，激光焊接头在机械手的控制下运行。

步骤6：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第三工件上表面。

步骤7：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴。

步骤8：启动激光焊接系统，聚焦形成第二激光束辐照在角接接头中填充金属。

步骤9：激光切割头移动到终点位置，切断激光切割头的激光束输入，关闭气柱喷枪。

步骤10：激光焊接头移动到终点位置，关闭激光焊接系统，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件厚度均为0.5~2.5mm。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件可以是普通碳钢板、镀层碳钢板和不锈钢板。

在其中一实施例中，步骤2中，第三工件厚度为1.0~5.0mm。

在其中一实施例中，步骤2中，第三工件为与第一工件和第二工件的材质相同。

在其中一实施例中，步骤2中，第一工件与第二工件角接接头最上端与第三工件下表面的垂直距离h为5~15mm。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的第一激光束功率大于2kw，切割速度为1~10m/min。

在其中一实施例中，步骤4中，气柱喷枪喷嘴与激光切割头相距δ为3~5mm。

在其中一实施例中，步骤5中，激光焊接系统中，激光焊接头聚焦形成的第二激光束功率大于1kw，激光焦斑直径为0.8~1.5mm，焦斑处能量密度为104w/cm2量级。

在其中一实施例中，步骤5中，激光焊接头与激光切割头通过连接法兰连接，且在焊缝轨迹上并列布置。

在其中一实施例中，步骤5中，激光焊接头与激光切割头相距d为10~25mm。

在其中一实施例中，步骤6中，激光切割头的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

在其中一实施例中，步骤7中，气柱喷枪喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

在其中一实施例中，步骤7中，气柱喷枪喷射的气体压力为0.5～10kpa。

本发明的有益效果是：

1）在本发明中，利用高能量激光束切割第三工件得到金属熔滴，金属熔滴向下运动，落入角接接头中，金属熔滴填满接头空隙，实现第一工件和第二工件焊接连接，避免了激光深熔焊接中剧烈的材料蒸发导致的反冲压力以及深入小孔底部的激光能量对第一工件和第二工件产生热影响和热冲击变形，实现薄钢板角接接头的无变形连接。

2）在本发明中，利用高能量激光束切割第三工件得到金属熔滴，金属熔滴向下运动，气柱喷枪喷射的高压惰性气体冲击金属熔滴，使金属熔滴快速准确落入角接接头空隙中，促使熔融金属迅速铺展，避免了凝聚成块造成焊缝裂纹，得到良好的焊缝。

3）在本发明中，利用大光斑低能量密度的激光束对填充在角接接头中的熔融金属进行加热，有效促进了接头中熔融金属的流动铺展，获得成形美观，一致性好的焊缝。

附图说明

图1是本发明实施例一种薄钢板角接接头的焊接方法所涉及的设备与工作布置示意图。

图2是图1所示方法中薄钢板角接接头的焊接纵截面示意图。

图3是薄钢板角接接头横截面示意图。

图4是薄板板角接头的焊接系统流程图。

其中：1-挡板，2-第一工件，3-第二工件，4-角接接头，5-第三工件，6-激光发生器，7-第一传输光纤，8-分光器，9-第一传输光纤，10-激光切割头，11-第一激光束，12-第二传输光纤，13-气柱喷枪，14-固定支架，15-激光焊接头，16-机械手，17-连接法兰，18-第二激光束，19-切割缝，20-熔滴，21本发明方法形成的焊缝。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1-3所示，本发明提供一种薄钢板角接接头的焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一工件2和第二工件3准确角接并夹紧。

可选地，第一工件2和第二工件厚度3均为0.5~2.5mm。

可选地，第一工件2和第二工件3可以是普通碳钢板、镀层碳钢板和不锈钢板。

步骤2：提供与第一工件2和第二工件3相同材料的第三工件5，第三工件5位于角接接头的正上方。

可选地，第三工件5厚度为1.0~5.0mm。

可选地，第三工件5为与第一工件2和第二工件3的材质相同。

可选地，第一工件2与第二工件3角接接头最上端与第三工件5下表面的垂直距离h为5~15mm。

步骤3：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器6、第一传输光纤7、分光器8、第二传输光纤9、激光切割头10、机械手16，激光发生器6经第一传输光纤7与分光器8相连，然后经第二传输光纤9与激光切割头10相连，激光切割头10在机械手16的控制下运行。

可选地，激光切割系统中，激光切割头10聚焦形成的第一激光束11功率大于2kw，切割速度为1~10m/min。

步骤4：提供气柱喷枪13，气柱喷枪13固定于激光切割头10的固定支架14上。

可选地，气柱喷枪13喷嘴与激光切割头10相距δ为3~5mm。

步骤5：提供激光焊接系统，激光焊接系统具有激光发生器6、第一传输光纤7、分光器8、第三传输光纤12、激光焊接头15、机械手16，激光发生器6经第一传输光纤7与分光器8相连，然后经第二传输光纤9与激光焊接头10相连，激光焊接头10在机械手16的控制下运行。

可选地，激光焊接系统中，激光焊接头15聚焦形成的第二激光束18功率大于1kw，激光焦斑直径为0.8~1.5mm，焦斑处能量密度为104w/cm²量级。

可选地，激光焊接头10与激光切割头通过连接法兰17连接，且在焊缝轨迹上并列布置。

可选地，激光焊接头10与激光切割头15相距d为10~25mm。

步骤6：启动激光切割系统，激光切割头15聚焦形成的第一激光11束垂直辐照第三工件5上表面。

可选地，激光切割头10的运动轨迹与焊缝20轨迹保持一致。

步骤7：启动气柱喷枪13，气柱喷枪13喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴20。

可选地，气柱喷枪13喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

可选地，气柱喷枪13喷射的气体压力为0.5～10kpa。

在本发明中，利用高能量激光束切割第三工件5得到金属熔滴20，金属熔滴20向下运动，落入角接接头4中，金属熔滴20填满接头空隙，实现第一工件2和第二工件3焊接连接，避免了激光深熔焊接中剧烈的材料蒸发导致的反冲压力以及深入小孔底部的激光能量对第一工件2和第二工件3产生热影响和热冲击变形，实现薄钢板角接接头的无变形连接。