鋼板的雷射焊接方法

2023-10-23 23:07:17 1

專利名稱：鋼板的雷射焊接方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼板的雷射焊接方法，尤其涉及一種當採用雷射焊接方式焊接多 個鋼板時，對焊接部以預定速度並按一定節距的鋸齒形焊接圖案重疊照射低熱輸入(low heat input)的雷射束，以進行焊接，從而能夠進一步增強焊接部的焊接強度的鋼板的雷射 焊接方法。
背景技術：
通常，組裝車身部件的焊接方法主要有點焊，但在不能進行這種點焊的區域則使 用電弧焊或雷射焊接。首先，在上述電弧焊中典型的氣體保護金屬極電弧焊(Gas Metal Arcffelding, GMAff)是一種以預定速度將主要作為熔填金屬(filler metal)使用的自耗電極焊絲 (consumable wire electrode)供給到母材(base metal)並通電，從而在焊絲與母材之間 產生電弧(arc)的焊接方法。S卩，上述氣體保護金屬極電弧焊中連續供給的焊絲由於電弧的高熱而被熔融，從 而轉變為金屬蒸汽或熔滴(globule)，並且母材被熔化而形成熔池(moltenweld pool)。熔 融部位通過氣體噴嘴供給的保護氣體(shielding gas)在周圍的大氣環境中受到保護，並 在此狀態下進行焊接。並且，根據所使用保護氣體的種類分為使用氬氣(argon)等惰性氣 體的惰性氣體金屬保護焊(Metal InertGas, MIG)、使用純二氧化碳氣體的二氧化碳氣體 電弧焊(CO2焊接)、使用二氧化碳氣體與氬氣的混合氣體的活性氣體金屬保護焊(Metal Active Gas, MAG)。由於這種氣體保護金屬極電弧焊使用較小直徑(0. 9-1. 6mm)的電極焊絲，因此熔 接速度快，與手工電弧焊(Shielded Metal Arc Wielding，SMAW)相比其效率更高，同時焊接 材料的損失少，熔接效率可達95%以上。而且，上述方法由於可使用焊接機器人或自動化器 械等，因此具有容易進行焊接自動化，從而提高焊接生產效率等優點。相反，上述氣體保護金屬極電弧焊與手工電弧焊(SMAW)相比設備有些複雜，故障 發生率高，並且由於價格昂貴，設備費用過高。尤其當進行二氧化碳氣體電弧焊時會產生很 多飛濺物質(spatter)，且這些飛濺物質附著在母材表面，使其外部受損。並且，若上述飛濺 物質附著在噴嘴上，就不能順利地供給保護氣體，從而降低焊接質量，同時在焊接槍很難接 近焊接部位的條件下就不能進行焊接。另一方面，上述雷射焊接具有焊接速度快、焊接周期短、熱輸入低(small heatinput)、熱影響區(HAZ ；heat affected zone)小、變形最少等優點，從而逐漸代替上 述點焊與電弧焊以適用於車身部件的焊接。這種雷射焊接主要使用匙孔焊接(KEYHOLE WELDING)方式，所述匙孔焊接在雷射束的聚焦區(focalregion)利用能量多重反射及吸 收，並且這種匙孔焊接在小於或等於約2mm的聚焦區進行，在所述聚焦區內雷射束(LB)通 過透鏡匯集在一起而對材料進行能量多重反射及多重吸收。S卩，就上述匙孔焊接而言，雷射束在其電磁波能量匯集的聚焦位置(focalpoint)上衝擊材料表面，而該衝擊能量散發熱能的同時維持電磁波的連續現象，即匙孔現象。這種 匙孔現象是指在高輸出的雷射焊接中一邊通過蒸汽壓等的作用在熔池(melt pool)內形成 小孔，一邊進行焊接的狀態。然而，上述現有雷射焊接大部分通過高輸出的匙孔焊接來實現，並沿著焊接線以 火山口(crater)形狀貫通焊接部，因此具有不能獲得像上述電弧焊一樣的焊接質量的缺
點ο因此，目前急需一種利用上述雷射束的各種特性，既能夠獲得像現有二氧化碳氣 體電弧焊(C02焊接)一樣的焊接質量，又無需供給焊絲也能夠進行自熔焊接(autogenous welding)的雷射焊接方法等。

發明內容
本發明鑑於上述問題而作，其目的在於提供一種鋼板的雷射焊接方法，當雷射焊 接多個鋼板時，對焊接部按預定節距的鋸齒形焊接圖案重疊照射低熱輸入的雷射束，並以 預定速度進行焊接，從而即使不供給額外的焊絲，也可通過鋼板之間的自熔焊接提高焊接 質量，並且能夠進一步增強焊接部的焊接強度。為實現所述技術問題，本發明涉及的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，沿著要相 互重疊焊接的鋼板中的一個鋼板的前端，對焊接部以預定焊接速度照射低熱輸入的雷射束 使其具有預定節距的鋸齒形焊接圖案，並使熔融部的一部分重疊而進行焊接。上述雷射束由通過Nd: YAG雷射振蕩器振蕩的Nd: YAG雷射束構成。上述雷射束的輸出範圍為3. 2kff至3. 8kW。上述鋸齒形的焊接圖案由「V」形重複單位構成，並且其節距小於或等於1mm，而上 述焊接圖案的寬度為4mm至6mm。上述焊接速度為 150mm/sec 至 250mm/sec。在上述焊接部表面，上述熔融部的半徑大於上述焊接圖案的節距。上述上部鋼板與下部鋼板之間的間隔(Gap)小於或等於1mm。如上所述，在本發明涉及的鋼板的雷射焊接方法中，當相互雷射焊接多個鋼板時， 對焊接部按具有小於或等於Imm的節距的鋸齒形焊接圖案高速照射輸出為3. 2-3. Skff的低 熱輸入雷射束，以使其熔融部重疊而進行焊接，所以即使不用像電弧焊一樣額外供給焊絲， 也可以進行鋼板之間的自熔焊接，因此不僅可以確保優異的焊接質量，如現有二氧化碳氣 體電弧焊(C02焊接)，而且該焊接部的焊接強度也比現有的雷射匙孔焊接及二氧化碳氣體 電弧焊強。進而，本發明涉及的鋼板的雷射焊接方法具有如下優點無需像現有的二氧化碳 氣體電弧焊那樣將二氧化碳氣體作為保護氣體來使用，因此不會引發環境問題，並且本發 明通過自熔焊接來實現，因此無需額外供給焊絲，從而可減少焊接材料費。


圖1為顯示本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法的立體圖。圖2為採用了本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法之焊接部的側面剖視圖。圖3為本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法所採用的焊接圖案。
圖4為通過本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法焊接圖案所形成的部分熔 融部的重疊原理圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。圖1為顯示本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法工程的立體圖，圖2為採用 本發明實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法之焊接部的側面剖視圖，圖3為本發明實施例涉 及的鋼板的雷射焊接方法所採用的焊接圖案，圖4為通過本發明實施例的鋼板的雷射焊接 方法焊接圖案所形成的部分熔融部的重疊原理圖。如圖1所示，本實施例涉及的鋼板的雷射焊接方法是沿著與下部鋼板重疊的上部 鋼板3的前端形成焊接部5，從而進行相互重疊焊接的雷射焊接方法，對上述焊接部5以預 定焊接速度照射低熱輸入的雷射束LB，以使其具有預定節距P的鋸齒形焊接圖案WP。S卩，如圖2所示，在上述上部鋼板3相對於上述下部鋼板1重疊的狀態下，用低熱 輸入雷射束LB熔融上部鋼板3的前端部E，以使形成於上部鋼板3與下部鋼板1的焊接部 5上的熔融部7部分重疊，從而進行焊接。實驗證明，如圖3所示，上述鋸齒形焊接圖案WP最好由「V」形狀重複單位構成，且 其節距P最好小於或等於1mm，而且該焊接圖案的寬度W最好為4mm至6mm。此時，如圖4所示，上述熔融部7的剖面為半橢圓形。並且，在上述焊接部5表面 F上，所述熔融部7的半徑大於上述焊接圖案WP的節距P，從而使與下部鋼板重疊的上部鋼 板3的前端部E熔融，以使其起到熔填金屬的作用，這種熔融部7在上述焊接圖案WP的每 個節距P上至少部分重疊兩次，從而進行自熔焊接。在此，上述雷射束LB最好由通過Nd: YAG雷射振蕩器振蕩的Nd: YAG雷射束構成。在這種雷射焊接方法中，上述低熱輸入的雷射束LB的輸出最好為3. 2kW至3. 8kW， 並且其焊接速度最好為150mm/sec至250mm/sec，這些數值經多次實驗結果已得到確認。並且，為了應用本實施例涉及的雷射焊接方法，上述上部鋼板3與下部鋼板1之間 的間隔G(Gap)設定為小於或等於1mm。因此，根據如上所述的鋼板的雷射焊接方法，上部鋼板3與下部鋼板1的相互重 疊的雷射焊接是在以下條件進行的。如圖1所示，沿著上述上部鋼板3的前端對其焊接部 5以150mm/sec至250mm/sec的焊接速度，並按照具有如圖3所示的小於或等於Imm的節 距P和4mm至6mm的寬度W的鋸齒形，即由「V」形重複單位形成的焊接圖案WP，照射具有 3. 2-3. 8kff的輸出的低熱輸入雷射束LB。此時，如圖4所示，就該焊接部5而言，所述熔融部7在其兩端的每個節距P內至 少部分重疊兩次，而在與上述鋼板3前端相應的中央線CL的每個節距P內至少部分重疊三 次，從而無需像電弧焊一樣額外供給焊絲，也可以熔融上部鋼板3的前端部，以起到熔填金 屬的作用，並由此而進行自熔焊接，以提高焊接質量。這種鋼板的雷射焊接方法不僅可以確保優異的焊接質量，如現有的二氧化碳氣體 電弧焊(O)2焊接)，而且該焊接部5的焊接強度也比現有的雷射匙孔焊接及二氧化碳氣體 電弧焊更強。並且，上述鋼板的雷射焊接方法不必像現有的二氧化碳氣體電弧焊那樣，將二氧
5化碳氣體作為保護氣體來使用，因此可稱之為綠色焊接法，並且通過熔融上部鋼板的前端 來進行自熔焊接，無需額外供給焊絲，由此可以節省焊接材料費。 以上說明了本發明的優選實施例，但本發明並不局限於上述實施例，本發明所屬 技術領域的技術人員根據本發明的實施例所做的簡單變形，只要可以視為等同替換，均屬 於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，沿著要相互重疊焊接的多個鋼板中的一個 鋼板的前端形成焊接部，對上述焊接部以預定焊接速度照射低熱輸入的雷射束使其具有預 定節距的鋸齒形焊接圖案，並使在上述多個鋼板之間的焊接部上形成的熔融部部分重疊而 進行焊接。
2.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述雷射束由通過 Nd YAG雷射器振蕩器振蕩的Nd YAG雷射束構成。
3.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述雷射束的輸出範圍 為 3. 2kff 至 3. 8kW。
4.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述鋸齒形的焊接圖案 由「V」形重複單位構成，並且其節距小於或等於1mm，而上述焊接圖案的寬度為4mm至6mm。
5.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述焊接速度為150mm/ sec 至 250mm/seco
6.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，在上述焊接部表面，上述 熔融部的半徑大於上述焊接圖案節距。
7.根據權利要求1所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述多個鋼板之間的間 隔小於或等於1mm。
8.一種鋼板的雷射焊接方法，其沿著與下部鋼板重疊的上部鋼板的前端形成焊接部， 以進行相互重疊焊接，其特徵在於，對上述焊接部按預定焊接速度照射低熱輸入的雷射束 使其具有預定節距的鋸齒形焊接圖案，並且為了在上述焊接部表面上形成半徑大於上述焊 接圖案的預定節距的熔融部，熔融與上述下部鋼板重疊的上部鋼板的前端，從而使上述熔 融部的一部分在每個節距內至少重疊兩次，以實現自熔焊接。
9.根據權利要求8所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述雷射束由通過 Nd YAG雷射器振蕩器振蕩的Nd YAG雷射束構成。
10.根據權利要求8所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述雷射束的輸出範圍 為 3. 2kff 至 3. 8kW。
11.根據權利要求8所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述鋸齒形的焊接圖案 由「V」形重複單位構成，並且其節距小於或等於1mm，而上述焊接圖案的寬度為4mm至6mm。
12.根據權利要求8所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述焊接速度為150mm/ sec 至 250mm/seco
13.根據權利要求8所述的鋼板的雷射焊接方法，其特徵在於，上述多個鋼板之間的間 隔小於或大於1mm。
全文摘要
本發明提供一種鋼板的雷射焊接方法，當相互雷射焊接多個鋼板時，對焊接部按照預定節距的鋸齒形焊接圖案重疊照射低熱輸入的雷射束，以預定速度進行焊接，從而無需像電弧焊一樣供給額外的焊絲，可通過鋼板之間的自熔焊接提高焊接質量，並且能夠進一步增強焊接部的焊接強度。
文檔編號B23K26/08GK102126084SQ201010614859
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者宋文鍾, 李文庸, 鄭炳勳 申請人:(株)星宇Hitech