焊接搭接结构及其焊接方法与流程

本发明涉及激光焊接领域，具体为一种焊接搭接结构及其焊接方法。

背景技术：

在汽车制造技术领域，激光钎焊已经成为汽车顶盖与侧围连接的主流技术，但现有的汽车顶盖与侧围搭接结构各异，但焊接速度焊接速度仅能达到100～120mm/s，且焊接质量无法保障，由此阻碍了汽车钎焊技术的进一步发展。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于汽车顶盖与汽车侧围焊接的搭接结构及其焊接方法，使得汽车顶盖的焊接速度可达120-140mm/s，且在保持汽车顶盖与侧围连接强度的前提下保证焊接质量，降低焊接成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种搭接焊接结构，其包括：第一工件，其具有一圆角部，且所述圆角部具有第一搭接面；以及第二工件，其具有第二搭接面；且所述第一工件的圆角部与第二工件搭接，使得所述第一搭接面与第二搭接面形成搭接角λ，且5°≤λ≤25°。

优选的，所述圆角部的直径r为1-2mm。

优选的，所述第一工件包括汽车顶盖外板，所述第二工件包括汽车侧围外板。

另一方面，还提供一种上述搭接焊接结构的焊接方法，其包括如下步骤：

s1、弯折所述第一工件，以形成所述圆角部，且将所述第一工件的圆角部与第二工件搭接，使得所述第一搭接面与第二搭接面形成所述搭接角λ，以及在所述圆角部与第二工件之间形成焊缝；

s2、通过激光发生装置产生激光，并在所述焊缝上形成激光光斑；

s3、通过送丝装置将焊丝送入所述激光光斑内，且所述焊丝被熔化，以形成熔池；

以及s4、激光光斑与所述焊丝沿焊缝轨迹移动，以完成焊接。

优选的，步骤s3中，在远离所述第一工件的方向上，所述激光光斑中心与所述焊丝的中心轴线在激光光斑上的正投影之间的垂直距离为0.15-0.25mm。

优选的，所述焊丝的中心轴线与焊接移动方向形成的夹角α≤30°。

优选的，步骤s3中，所述送丝装置的送丝速度v1为5.5-8.4m/min。

优选的，步骤s4中，完成焊接的过程中，焊接速度v2为120-140mm/s。

优选的，所述激光光斑的直径d与焊丝直径d满足以下关系式:1.8:1≤d:d≤3：1。

优选的，所述焊丝伸出送丝装置的长度l与焊丝直径d满足以下关系：6:1≤l：d≤8:1。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明中的焊接搭接结构适用于汽车顶盖与汽车侧围焊接，其可以实现汽车顶盖的高速焊接，使得焊接速度可达120-140mm/s，且在保持汽车顶盖与侧围连接强度的前提下保证焊接质量，降低焊接成本。

附图说明

图1为本发明实施例一中第一工件、第二工件搭接时的整体状态示意图；

图2为本发明实施例一图1中a部分内的搭接焊接结构的剖视图；

图3为本发明实施例二中搭接焊接结构与焊丝、激光光斑的位置关系示意图；

图4为本发明实施例二图3中b部分内距离d’的示意图；

图5为本发明实施例二中实施焊接方法的焊接示意图；

图6为本发明在p＝5.5kw,d:d＝1.8:1,l:d＝6:1,i＝70a，d’＝0.15mm,v1＝5.5m/min，v2＝120mm/s，α≤30°条件下获得的熔深、熔宽数据；

图7为本发明在p＝6.0kw,d:d＝2.5:1,l:d＝7:1,i＝140a,d’＝0.2mm,v1＝7.2m/min，v2＝130mm/s，α≤30°条件下获得的熔深、熔宽数据；

图8为本发明在p＝6.5kw,d:d＝3:1,l:d＝8:1,i＝110a,d’＝0.25mm,v1＝8.4m/min，v2＝140mm/s，α≤30°条件下获得的熔深、熔宽数据。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-2所示，本实施例提供了一种搭接焊接结构，其包括：第一工件100，其具有一圆角部101，且所述圆角部101具有第一搭接面s1；以及第二工件200，其具有第二搭接面s2；且所述第一工件100的圆角部101与第二工件200搭接，使得所述第一搭接面s1与第二搭接面s2形成搭接角λ，且5°≤λ≤25°(优选为10°≤λ≤20°，更优选为λ＝15°),同时在所述圆角部101与第二工件200之间形成焊缝h；本实施例中，所述第一工件100包括汽车顶盖外板等板件，所述第二工件200包括汽车侧围外板等板件，由此，所述搭接焊接结构可特异性的适用于汽车制造领域，且所述圆角部101的直径r为1-2mm(优选为1.5mm)。

本实施例中，将第一工件100通过弯折形成圆角部101后，一方面可以通过折弯增加第一工件100的刚性，使得在利用激光的高能量密度、且同时快速填充焊丝以完成焊接的前提下，保证此段区域不发生形变；而一般的直板工件直接搭接无法实现这种效果，另外，圆角部101的设计可使得整个结构外形富有曲线美，可实现美化成型的效果。

实施例二：

本发明还提供了一种上述搭接焊接结构的焊接方法，其包括如下步骤：

s1、如图3-5所示，弯折所述第一工件100，以形成所述圆角部101，且将所述第一工件100的圆角部101与第二工件200搭接，使得所述第一搭接面与第二搭接面形成所述搭接角λ(且5°≤λ≤25°)，以及在所述圆角部101与第二工件200之间形成焊缝h；

s2、通过激光发生装置产生激光l，并在所述焊缝h上形成直径为d的激光光斑p1；优选的，所述激光发生装置输出功率p＝5.5-6.5kw(优选为6.0kw)；

s3、通过送丝装置将直径为d的焊丝s送入所述激光光斑p1内，且所述焊丝s被熔化，以形成熔池；优选的，所述焊丝s直径为1.0-2.0mm(优选为1.6mm)；热丝电流i＝70-150a(优选为110a)；所述送丝装置的送丝速度v1为5.5-8.4m/min；所述焊丝s伸出送丝装置的长度l与焊丝直径d满足以下关系：6:1≤l:d≤8:1(优选为7:1)，所述激光光斑的直径d与焊丝直径d满足以下关系式:1.8:1≤d:d≤3：1(优选为2:1)；且在远离所述第一工件100的方向上，所述激光光斑中心与所述焊丝s的中心轴线y在激光光斑p1上的正投影之间的垂直距离d’为0.15-0.25mm(优选为0.20mm)；由此，当靠近第一工件100侧的锯齿边或热影响区较大时，可通过移动激光光斑p1，使其相对于焊丝s而言更加偏向第二工件200所在一侧，由此形成组织性能更佳、结构强度更好的焊缝结构；

以及s4、激光光斑与所述焊丝沿焊缝轨迹移动，以完成焊接；优选的，所述焊丝的中心轴线y与所述焊接移动方向形成的夹角α≤30°，且完成焊接的过程中，焊接速度v2为120-140mm/s。

以下通过具体的参数组合对所述搭接焊接结构进行焊接，且获得不用参数组合下的熔深和熔宽，其具体结果如下：

图6示出了在p＝5.5kw,d:d＝1.8:1,l:d＝6:1,i＝70a，d’＝0.15mm,v1＝5.5m/min，v2＝120mm/s，α≤30°条件下按照实施例二的焊接方案进行焊接时，不同搭接角λ所对应的熔深和熔宽数据。

图7示出了在p＝6.0kw,d:d＝2.5:1,l:d＝7:1,i＝140a,d’＝0.2mm,v1＝7.2m/min，v2＝130mm/s，α≤30°条件下按照实施例二的焊接方案进行焊接时，不同搭接角λ所对应的熔深和熔宽数据。

图8示出了在p＝6.5kw,d:d＝3:1,l:d＝8:1,i＝110a,d’＝0.25mm,v1＝8.4m/min，v2＝140mm/s，α≤30°条件下按照实施例二的焊接方案进行焊接时，不同搭接角λ所对应的熔深和熔宽数据。

本发明中通过圆角部101与第二工件200的搭接形成搭接角λ，且5°≤λ≤25°，该搭接角λ的设置可使得融化的焊丝在熔池内受到的热收缩张力不同，有利于形成良好的焊缝深度(即熔深)和搭接面宽度(即熔宽)。具体理由如下：焊接时，由于第一工件与第二工件温度要远远低于熔池温度，因此熔池内液体与工件接触的部分由于热传导而降温，并迅速凝固，进而导致流动性降低，而熔池内中心部位较高温度液体受到两侧液态分子压力和半凝固态液体的阻力，在两种力的共同作用下无法进一步浸润向下流动，因为流动性不强，进而导致熔深(厚度)不够；

目前调整流动性的方法主要包括以下几种：1、调整第一工件和第二工件的搭接角(即λ角)；2、通过增加激光功率或者降低焊接速度的方式提升熔池内的液体温度或降低液体凝固的速度；3、通过增大光斑直径、采用双光斑或者椭圆形光斑的方式提升工件温度，也可以降低熔池凝固速度；4、因小直径的焊丝较大直径的焊丝熔化得更快，且初始流动性会优于大直径焊丝，因此可通过减小焊丝直径使得融化后的液体更容易流入焊缝最深部位；

上述方法中，方法2和方法3采用双光斑或者椭圆形光斑需要增加激光器和激光头的投入，在经济上不划算，同时降低焊接速度虽然可以让熔池慢慢浸润到焊缝深处，但等待时间过长会严重影响生产节拍，同时，方法3增大光斑直径后虽然可以增大受热面，降低熔池内液体凝固的速度，但此方法会增大焊缝周围的热影响区，会影响美观，一般主机厂对热影响区有特别要求，因此方法3的适用范围有限；方法4中减小焊丝直径后，相对的，对于较宽的焊缝就需要更大的送丝量，因此方法4一般仅适用于较窄的焊缝，适用范围同样有限；

而方法1仅仅通过合理调整搭接角λ的角度范围即可以促进熔池内液体快速向下流动，以增加熔深(厚度)，其不需要太多投入，特别是对于高速激光焊接，其既能够保证焊接速度，又无需增加光斑直径或增加送丝量，由此可大幅减少成本，创造更高的经济价值。

进一步的，上述搭接角λ的设置结合上述不同的焊接参数的组合，所形成的技术方案整体可以有效改善熔深和熔宽指标，从上述图6-8中可以看出，通过本发明获得的焊缝熔宽为1.88-2.82mm，平均2.36mm，熔深为1.05-1.54mm，平均1.28mm；一般顶盖外板厚0.75-0.8mm，侧围外板厚0.65-0.8mm，根据日本本田hesa1018(spot焊接)的b级min强度标准，本发明中的上述焊缝熔宽/熔深数据测量获得的爆破力远远高于相同宽度点焊焊缝的爆破力(约为相同宽度点焊焊缝的爆破力的15-22倍)，甚至高于板材被拉断的爆破力，由此可见上述搭接角λ的设置结合上述不同焊接参数的组合，可形成焊接强度极高的焊缝结构。

同时，上述熔深/熔宽数据可在120-140mm/s的高速焊接速度下获得，由此说明本发明中的搭接焊接结构结合其独特的焊接方法，可在充分保证焊缝强度的前提下实现120-140mm/s的高速焊接，由此可极大提高工件，如汽车顶盖外板和汽车侧围外板的焊接效率，能极大的促进行业发展。

综上所述，本发明中的焊接搭接结构适用于汽车顶盖与汽车侧围焊接，其可以实现汽车顶盖的高速焊接，使得焊接速度可达120-140mm/s，且在保持汽车顶盖与侧围连接强度的前提下保证焊接质量，降低焊接成本。

需要说明的是，上述实施例一至二中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。且在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。