CN111085780A - 一种面向金属容器的激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种面向金属容器的激光焊接方法，包括如下步骤：步骤1、提供第一母材和第二母材；步骤2、采用专用夹具将第一母材和第二母材准确对接；步骤3、提供激光深熔焊接系统；步骤4、提供远程激光热传导焊接系统；步骤5、开启激光发生器，控制一拖二光闸，通过第一激光焊接头输出第一激光束；步骤6：打开保护气体吹送装置；步骤7、控制一拖二光闸，通过第二激光焊接头输出第二激光束；步骤8、第二焊接机械手夹持第二激光焊接头沿着焊接轨迹移动；步骤9、当第一激光束移动到焊接末端点时，完成激光深熔焊接；步骤10、当第二激光束移动到焊接末端点时，完成激光热传导焊接；步骤11、关闭激光发生器，完成焊接过程。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，尤其是一种面向金属容器的激光焊接方法与系统。
背景技术
在激光焊接是激光加工技术中应用最广泛的先进工艺之一，具有焊接热源容易操纵，控制简单，焊件变形小，热影响区狭窄，残余应力低，精确性和自动化程度高等优点，已经在汽车、造船、核电、管道等国民经济重要行业领域中得到应用。
通常根据导热机制的不同，激光焊接分为激光热传导焊接和激光深熔焊接或 激光小孔焊接模式两种模式，这两种焊接模式的激光能量耦合吸收机制、焊缝成形和最终焊接效果完全不同。激光热传导焊接过程与钨极氩弧焊(TIG)的导热模式类似。激光深熔焊接模式是激光焊接的常见应用模式，具有焊缝深宽比大、焊接精度高、焊接效率高等突出优点。激光深熔焊接与电子束焊接相似，高能量密度激光引起材料局部蒸发，在蒸发压力作用下熔池表面下陷形成小孔，激光束通过“小孔” 深入到熔池内部，同时，小孔内部的蒸发金属蒸汽继续在高能量密度的激光作用下发生电离，而在小孔内部和上部形成一团光致等离子体。对比热传导焊接和深熔焊接两种焊接模式可以发现，两者的本质区别为是否形成小孔和等离子体。可以说，小孔效应是激光深熔焊接的本质特征。由于激光深熔焊接中小孔是动态振荡存在的，小孔的坍塌将直接导致气孔，因此激光深熔焊接熔池凝固形成的焊缝往往存在气孔缺陷。然而，激光热传导焊接过程不存在小孔，熔池流动稳定，一般不存在气孔缺陷。
医药行业的金属容器由于存储的原材料对焊缝的气孔要求异常严格，基本不能允许金属容器内壁的焊缝表层存在气孔等缺陷，现有焊接工艺为手工TIG，焊后需要打磨，加工效率较低。采用激光焊接工艺，气孔缺陷难以控制，不能满足要求。
发明内容
本发明的目的是针对金属容器激光焊接过程中易形成气孔等缺陷，提供一种面向金属容器的激光焊接方法与系统。
本发明提供了一种面向金属容器的激光焊接方法，其具体步骤如下：
步骤1：提供第一母材和第二母材。
步骤2：采用专用夹具将第一母材和第二母材准确对接。
步骤3：提供激光深熔焊接系统，激光深熔焊接系统包括激光发生器、第一传输光纤、一拖二关闸、第二传输光纤、第一焊接机械手、第一激光焊接头、保护气体吹送装置，激光发生器经第一传输光纤与一拖二关闸相连，然后一拖二关闸经第二传输光纤与第一激光焊接头相连。
步骤4：提供远程激光热传导焊接系统，远程激光热传导焊接系统包括激光发生器、第一传输光纤、一拖二关闸、第三传输光纤、第二焊接机械手、第二激光焊接头，激光发生器经第一传输光纤与一拖二关闸相连，然后一拖二关闸经第三传输光纤与第二激光焊接头相连。
步骤5：开启激光发生器，控制一拖二光闸，通过第一传输光纤、第二传输光纤和第一激光焊接头输出第一激光束，第一激光束垂直辐照对接接头外表面。
步骤6：打开保护气体吹送装置，保护气体吹向焊接区域，第一焊接机械手夹持第一激光焊接头沿着焊接轨迹移动，实施激光深熔焊接。
步骤7：控制一拖二光闸，通过第一传输光纤、第三传输光纤和第二激光焊接头相连输出第二激光束，第二激光束远距离辐照激光深熔焊接凝固的全熔透焊缝底部。
步骤8：第二焊接机械手夹持第二激光焊接头沿着焊接轨迹移动，实施远程激光热传导焊接，获得激光热传导焊缝，焊接熔池冷却后共同形成接头。
步骤9：当第一激光束 移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸，关闭第一激光束，关闭气体保护装置，完成激光深熔焊接。
步骤10：当第二激光束移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸，关闭第二激光束，完成激光热传导焊接。
步骤11：关闭激光发生器，第一焊接机械手和第二焊接机械手回到原位，完成焊接过程。
进一步地，在步骤1中，将第一母材和第二母材的厚度为3~6 mm 。
进一步地，在步骤3中，激光发生器功率为6~10 kW。
进一步地，在步骤3中，第一激光焊接头为固定镜组焊接头。
进一步地，第一激光焊接头聚焦焦距为150~300 mm。
进一步地，第一激光焊接头聚焦焦斑大小为Φ 0.2~Φ 0.6 mm。
进一步地，在步骤4中，第二激光焊接头为振镜式焊接头。
进一步地，第二激光焊接头聚焦焦距为500~1000 mm。
进一步地，第二激光焊接头聚焦焦斑大小为Φ 0.8~Φ1.5 mm。
进一步地，在步骤6中，激光深熔焊接形式为全熔透焊接，获得全熔透焊缝。
进一步地，在步骤7中，第二激光束与第一母材和第二母材下表面夹角θ为60°~90°。
进一步地，在步骤7中，第二激光束焊接区中心与第一激光束焊接区中心之间距离d为2~5 mm。
进一步地，在步骤8中，激光热传导焊接熔深δ为1 ~2.5 mm。
本发明还提供一种面向金属容器的激光焊接系统，包括激光深熔焊接系统和远程激光热传导焊接系统两个子系统，激光深熔焊接系统中第一激光焊接头聚焦形成的第一激光束垂直辐照对接接头外表面，实现激光深熔焊接，得到全熔透焊缝，第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束远距离辐照激光深熔焊接凝固的全熔透焊缝底部，实现远程激光热传导焊接，焊接熔池冷却后共同形成连接接头，完成焊接过程，激光深熔焊接系统和远程激光热传导焊接系统中第一激光焊接头固定连接在第一机械手末端的第一连接法兰和第二激光焊接头固定连接在第二机械手末端的第二连接法兰上。
进一步地，激光深熔焊接系统中还包括与第一激光焊接头对应设置的保护气体吹送装置。
进一步地，第一激光焊接头为固定镜组焊接头。
进一步地，第二激光焊接头为振镜式焊接头。
进一步地，激光深熔焊接形式为全熔透焊接，获得全熔透焊缝。
进一步地，第二激光束与第一母材和第二母材下表面夹角θ为60°~90°。
本发明的有益效果：
1）在本发明中，首先采用第一激光束对对接接头外表面进行激光深熔焊接，获得全熔透焊缝，实现了对接接头高效率和高精度的焊接连接，然后采用第二激光束对全熔透焊缝底部进行远程激光热传导焊接，获得激光热传导焊缝，激光热传导焊接对激光深熔焊接形成的全熔透焊缝底部进行了重熔，使得全熔透焊缝底部的气孔溢出激光热传导焊接熔池，因此，焊接熔池冷却后共同形成连接接头底部不存在气孔缺陷，实现了金属容器内壁焊缝表层无气孔缺陷。
2）采用本发明提供的面向金属容器的激光焊接方法与系统，避免了传统手工电弧焊件变形较大、效率较低等问题，具有变形小和效率高等突出特点。
附图说明:
图1是本发明实施例一种面向金属容器的激光焊接方法示意图。
图2是图1所示方法中激光焊接区纵截面示意图。
图3是对接接头示意图。
其中：1-第一母材，2-第二母材，3-激光发射器，4-第一传输光纤，5-一拖二光闸，6-第二传输光纤，7-第一焊接机械手，8-第一连接法兰，9-第一激光焊接头，10-第一激光束，11-固定支架，12-保护气体装置，13-金属容器，14-第三传输光纤，15-第二激光焊接头，16-第二连接法兰， 17-第二激光束，18第二焊接机械手，19-小孔，20-深熔焊熔池，21-全熔透焊缝，22-全熔透焊缝底部，23-激光热传导焊缝，24-激光热传导焊缝底部，25-激光热传导焊熔池。
具体实施方式：
以下将结合附图1-3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中，在本发明示例中，一种面向金属容器的激光焊接方法包括如 下步骤：
步骤1，提供第一母材1和第二母材2。
可选地，第一母材1和第二母材2的厚度为3~6 mm 。
步骤2，采用专用夹具将第一母材1和第二母材2准确对接。
步骤3，提供激光深熔焊接系统，激光深熔焊接系统包括激光发生器3、第一传输光纤4、一拖二关闸5、第二传输光纤6、第一焊接机械手7、第一激光焊接头9、保护气体吹送装置12，激光发生器3经第一传输光纤4与一拖二关闸5相连，然后一拖二关闸5经第二传输光纤6与第一激光焊接头9相连。
可选地，激光发生器3功率为6~10 kW。
可选地，第一激光焊接头9为固定镜组焊接头，，第一激光焊接头9聚焦焦距为150~300 mm，第一激光焊接头9聚焦焦斑大小为Φ 0.2~Φ 0.6 mm。
步骤4，提供远程激光热传导焊接系统，远程激光热传导焊接系统包括激光发生器3、第一传输光纤4、一拖二关闸5、第三传输光纤14、第二焊接机械手18、第二激光焊接头15，激光发生器3经第一传输光纤4与一拖二关闸5相连，然后一拖二关闸5经第三传输光纤14与第二激光焊接头15相连。
可选地，第二激光焊接头15为振镜式焊接头，第二激光焊接头15聚焦焦距为500~1000 mm，第二激光焊接头15聚焦焦斑大小为Φ 0.8~Φ1.5 mm。
步骤5，开启激光发生3器，控制一拖二光闸5，通过第一传输光纤4、第二传输光纤6和第一激光焊接头9输出第一激光束10，第一激光束10垂直辐照对接接头外表面。
步骤6，打开保护气体吹送装置12，保护气体吹向焊接区域，第一焊接机械手7夹持第一激光焊接头9沿着焊接轨迹移动，实施激光深熔焊接。
可选地，激光深熔焊接形式为全熔透焊接，获得全熔透焊缝21。
步骤7，控制一拖二光闸5，通过第一传输光纤4、第三传输光纤14和第二激光焊接头15相连输出第二激光束17，第二激光束17远距离辐照激光深熔焊接凝固的全熔透焊缝底部22。
可选地，第二激光束17与第一母材1和第二母材2下表面夹角θ为60°~90°。
可选地，第二激光束17焊接区中心与第一激光束10焊接区中心之间距离d为2~5mm。
步骤8，第二焊接机械手18夹持第二激光焊接头15沿着焊接轨迹移动，实施远程激光热传导焊接，获得激光热传导焊缝23，深熔焊熔池20和激光热传导焊熔池25冷却后共同形成接头。
可选地，激光热传导焊接熔深δ为1 ~2.5 mm。
步骤9，当第一激光束10移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸5，关闭第一激光束10，关闭气体保护装置12，完成激光深熔焊接。
步骤10，当第二激光束17移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸5，关闭第二激光束17，完成激光热传导焊接。
步骤11，关闭激光发生器5，第一焊接机械手7和第二焊接机械手18回到原位，完成焊接过程。
Claims (7)
1.一种面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、提供第一母材（1）和第二母材（2）；
步骤2、采用专用夹具将第一母材（1）和第二母材（2）准确对接；
步骤3、提供激光深熔焊接系统，激光深熔焊接系统包括激光发生器（3）、第一传输光纤（4）、一拖二关闸（5）、第二传输光纤（6）、第一焊接机械手（7）、第一激光焊接头（9）、保护气体吹送装置（12），激光发生器（3）经第一传输光纤（4）与一拖二关闸（5）相连，然后一拖二关闸（5）经第二传输光纤（6）与第一激光焊接头（9）相连；
步骤4、提供远程激光热传导焊接系统，远程激光热传导焊接系统包括激光发生器（3）、第一传输光纤（4）、一拖二关闸（5）、第三传输光纤（14）、第二焊接机械手（18）、第二激光焊接头（15），激光发生器（3）经第一传输光纤（4）与一拖二关闸（5）相连，然后一拖二关闸（5）经第三传输光纤（14）与第二激光焊接头（15）相连；
步骤5、开启激光发生器（3），控制一拖二光闸（5），通过第一传输光纤（4）、第二传输光纤（6）和第一激光焊接头（9）输出第一激光束（10），第一激光束（10）垂直辐照对接接头外表面；
步骤6、打开保护气体吹送装置（12），保护气体吹向焊接区域，第一焊接机械手（7）夹持第一激光焊接头（9）沿着焊接轨迹移动，实施激光深熔焊接；
步骤7、控制一拖二光闸（5），通过第一传输光纤（4）、第三传输光纤（14）和第二激光焊接头（15）相连输出第二激光束（17），第二激光束（17）远距离辐照激光深熔焊接凝固的全熔透焊缝底部（22）；
步骤8、第二焊接机械手（18）夹持第二激光焊接头（15）沿着焊接轨迹移动，实施远程激光热传导焊接，获得激光热传导焊缝（23），深熔焊熔池（20）和激光热传导焊熔池（25）冷却后共同形成接头；
步骤9、当第一激光束（10）移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸（5），关闭第一激光束（10），关闭气体保护装置（12），完成激光深熔焊接；
步骤10、当第二激光束（17）移动到焊接末端点时，控制一拖二光闸（5），关闭第二激光束（17），完成激光热传导焊接；
步骤11、关闭激光发生器（3），第一焊接机械手（7）和第二焊接机械手（18）回到原位，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：在步骤6中，激光深熔焊接形式为全熔透焊接，获得全熔透焊缝（21）。
3.根据权利要求1所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：在步骤7中，第二激光束（17）与第一母材（1）和第二母材（2）下表面夹角θ为60°~90°。
4.根据权利要求1所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：在步骤7中，第二激光束（17）焊接区中心与第一激光束（10）焊接区中心之间距离d为2~5 mm。
5. 根据权利要求1所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：在步骤8中，激光热传导焊接熔深δ为1 ~2.5 mm,面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：激光焊接系统包括激光深熔焊接系统和远程激光热传导焊接系统两个子系统，激光深熔焊接系统中第一激光焊接头（9）聚焦形成的第一激光束（10）垂直辐照对接接头外表面，实现激光深熔焊接，得到全熔透焊缝（21），第二激光焊接头聚焦形成的第二激光束远距离辐照激光深熔焊接凝固的全熔透焊缝底部（22），实现远程激光热传导焊接，深熔焊熔池（20）和激光热传导焊熔池（25）冷却后共同形成连接接头，完成焊接过程，激光深熔焊接系统和远程激光热传导焊接系统中第一激光焊接头（9）固定连接在第一焊接机械手（7）末端的第一连接法兰（8）和第二激光焊接头（15）固定连接在第二焊接机械手（18）末端的第二连接法兰（16）上。
6.根据权利要求6所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：第一激光焊接头（9）为固定镜组焊接头。
7.根据权利要求6所述的面向金属容器的激光焊接方法，其特征在于：第二激光焊接头（15）为振镜式焊接头。
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2019
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