[发明专利]连续变截面工件激光焊接方法和系统

说明书

本发明涉及焊接技术领域，公开了连续变截面工件激光焊接方法和系统，方法包括：根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或连续变截面工件的运行轨迹，根据连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。系统包括激光焊接头、控制系统以及移动控制机构，控制系统与移动控制机构通信连接，移动控制机构用于控制激光焊接头依照连接缝的轨迹运动或用于控制待焊接的连续变截面工件依照连接缝的运动，激光焊接头为内部聚焦透镜可振动调节的激光焊接头。该方法和系统能实现连续变截面工件稳定且连续地完成焊接。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及连续变截面工件激光焊接方法和系统。

背景技术

焊接技术是工程制造过程中关键技术之一，激光焊接技术因其具有能量密度高，焊接速度快，连接缝深宽比大，接头性能好，焊接结构变形小等突出优点广泛应用于航空航天、高速列车、汽车等工业生产中。根据结构设计要求，单一截面结构有时满足不了性能需求，根据功能不同，比如汽车纵梁前部要求易变性具有较高的碰撞吸收性能，后部要求具有高的刚性强度，或悬臂梁中根据弯矩大小采用不同大小的截面等情况，满足类似这种功能需求需要采用复杂的变截面结构或连续变截面结构。由于这类结构件加工难度大且加工程序复杂，一般根据板材厚度不同，通过改变焊接速度或改变焊接功率调节焊接热输入量从而实现焊接过程，但是焊接参数的急剧改变易导致过渡区焊接缺陷的产生。现有技术中，“变厚度变截面薄壁工件的激光焊接方法”提出通过优化激光焊接路径和激光入射角的偏摆来实现变截面处熔池的稳定过渡，防止产生气孔、未焊合、击穿孔等缺陷，但该发明主要针对变厚度变截面的结构件，即针对截面有一定突变的情况，该发明需要对截面进行划分，当到达过渡区采用倾斜激光入射角度5-30°实现热输入减少，但该发明无法针对连续变截面实现稳定焊接，另一方面改变激光入射角，相当于降低了焊接热效率。同时激光束与工件材料之间的吸收、反射等方式改变从而造成焊接接头性能不一致。

发明专利“一种连续变截面汽车前纵梁及其制备方法”提出连续变截面的具体应用情景，发明提出汽车前纵梁的设计和制备方法，但仅提到吸能区和过渡区采用激光焊接连接，并无详细阐述如何实现，制备过程难以实现。另一实用新型专利“一种激光焊接用变截面板定位与夹紧装置”提出了用于这类激光焊接用夹具，该夹具结构复杂且没有涉及如何实现连续变截面结构的焊接方法。

因此，现有技术中缺乏有效焊接连续变截面工件的方法。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可稳定焊接连续变截面工件的连续变截面工件激光焊接方法和系统。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种连续变截面工件激光焊接方法，包括：

根据待焊接的连续变截面工件对接后形成的连接缝预设激光束或连续变截面工件的运行轨迹，根据连续变截面工件的尺寸预设激光束焦点的位置参数和位置变化参数；

焊接时通过激光焊接头内的聚焦透镜振动实现激光束焦点的位置调整。

在可选的实施方式中，按照公式：Y＝-k(T-L)来预设激光束焦点的位置；公式中Y为离焦量，T为对应焊接位置处的连续变截面工件的厚度，L为激光焦长，k为焊接材质影响系数，当连续变截面工件的材质为高反材料有色金属时，k的取值在(0.4～0.6)的范围内，当连续变截面工件的材质为黑色金属时，k的取值在(0.2～0.4)的范围内；

在可选的实施方式中，聚焦透镜的振动频率为10-500Hz，振幅0.5-10mm。

在可选的实施方式中，在焊接过程中，调整激光功率以使熔深尺寸与该位置处的厚度匹配；

在可选的实施方式中，通过传感器检测激光焊接头到连续变截面工件之间的距离变化来调整激光功率。