[发明专利]一种激光焊接方法

说明书

本发明公开了一种激光焊接方法，将多激光束激光能量作用于搭接材料组合表面，持续一段时间，使材料熔化，冷却凝固之后形成焊缝，实现材料连接；作用期间光束位置保持不变或在直径15毫米圆周范围内任意移动，获得大尺寸焊点，所形成焊缝形状包括圆形、椭圆形或弧形轮廓；光束数量变化范围为2到10，激光束光斑形状包括圆点、环形、多边形或短线形，聚焦光斑直径变化范围为0.05毫米到10毫米，激光功率变化范围为0.1千瓦到50千瓦，光束能量以连续或脉冲的形式输出，作用时间范围为0.1秒到10秒。

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

激光作为一种热源被应用于材料焊接已经有超过40年的历史，可以实现大多数金属材料的焊接以及部分非金属材料，比如塑料、陶瓷、玻璃等的焊接。使用激光进行焊接的方式包括脉冲激光点焊、脉冲激光点焊搭接形成缝焊、连续激光缝焊、连续激光通过振镜扫描进行点焊等，使用激光能量来源于单束激光，焊接效率与应用范围受到了一定的限制。

例如，在汽车行业，钢板无镀层板或者镀锌板搭接焊是一种常见的焊接组合形式，传统的焊接方法是电阻点焊。电阻点焊是一种双面焊接方法，同时需要使用直径较大的电极帽(通常为16毫米或者19毫米)，由此需要足够的操作空间与足够宽度的法兰边以便进行焊接，不利于汽车减重。而且电阻点焊需要集中的电流通过搭接板材产生电阻热，因此一方面能耗高并且只能获得较小的焊核尺寸(通常为直径5–7毫米的焊点)，另一方面焊点之间需要保证足够的间距(通常为25毫米左右)以避免电流分流，而小尺寸焊点和大间距分布不利于提高车辆的刚度和NVH等性能。激光焊接是一种单面焊接方法，可以实现连续焊缝，已经在车身部分部位取代电阻点焊，比如车顶与侧围的焊接，将搭接电阻点焊改为对接激光钎焊。但是激光焊接镀锌钢板搭接组合时会面临极大的挑战，由于低沸点锌蒸汽的存在会使焊接过程中产生飞溅孔洞等缺陷，造成焊接失败。现有的方法是使用前处理工序在搭接板材之间制造间隙，给锌蒸汽逸出留下通道，然后进行焊接。但是这种方法需要额外的固定资产投入用以建立前处理工作站，并且即使使用了前处理方法，也只能进行短线、C形、S形等焊缝形状的焊接，这类焊接形式接头强度有限，因此应用部位受到限制。

随着激光与光学技术以及自动化控制技术的发展，通过单一激光源与激光头实现多光束激光输出，或者通过协调多激光头控制多束激光已经成为可能，本发明方法旨在利用多束激光能量进行搭接板材焊接。该焊接方法可以解决前文所述现有焊接方法的问题与限制，例如，能够实现镀锌钢板搭接直接焊接，不需要前处理工序；并且可以实现大尺寸圆点形状焊缝，提高接头强度，从而扩大激光焊接的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光焊接方法，使焊点表面质量好、焊点大，同时降低能量损耗，提高效率，有利于在实际生产的高节拍条件下使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明将多激光束激光能量作用于搭接材料组合表面，持续一段时间，使材料熔化，冷却凝固之后形成焊缝，实现材料连接；所述多激光束的数量变化范围为2到10，光斑形状包括圆点、环形、多边形或短线形，优选圆点光斑，聚焦光斑直径变化范围为0.05毫米到10毫米，激光功率变化范围为0.1千瓦到50千瓦，所述光束能量以连续或脉冲的形式输出，作用时间范围为0.1秒到10秒，作用期间光束位置保持不变或在直径15毫米圆周范围内任意移动，获得大尺寸焊点，所形成焊缝形状包括圆形、椭圆形或弧形轮廓。

在另一优选例中，光束来源于单一激光头，通过光斑塑形或者多光纤输入等方式实现多激光束输出。

在另一优选例中，多激光束通过两个或者多个激光头输出。

在另一优选例中，多束激光能量作用于材料表面，每一道激光束具有各自独立的光斑形状，或者呈现为相同的光斑形状，光斑形状优选为圆点、环形、多边形、短线形，以及其他可能通过激光光路传输系统获得的形状。