薄壁零件激光焊接技術(shù)研究

摘 要：激光焊接技術(shù)逐漸成為制造業(yè)企業(yè)中的重要工具。通過激光焊接技術(shù)，不僅能夠提高產(chǎn)品焊接質(zhì)量，也能改善產(chǎn)品外觀。本文對(duì)鍍鋅材料開展激光焊接技術(shù)研究，重點(diǎn)討論了鍍鋅薄壁零件激光焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方案，分析融透激光疊焊參數(shù)和疲勞性，優(yōu)化薄壁類零件焊接工藝參數(shù)，提升車輛加工過程中焊接零件的平整度和強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：薄壁零件；激光焊接；焊接試驗(yàn)

Research on Laser Welding Technology of Thin-walled Parts

Hao Qinghua Wang Xiaolong Wang Jinglun

（Inner Mongolia First Machinery Group Co.，Ltd.，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：Laser welding technology has gradually become an important tool in modern industry.Through laser welding technology，it can not only improve the welding quality of products，but also improve the appearance of products.In this paper，the laser welding technology of galvanized samples is studied，the design scheme of laser welding process parameters of galvanized thin wall parts is mainly discussed，the parameters and fatigue of laser cladding welding are analyzed，and the welding process methods of thin-wall parts are optimized to improve the welding smoothness and strength of thin-wall parts in vehicles.

Key words：thin-walled parts;laser welding;welding test

隨著航空航天、汽車制造業(yè)、微電子、輕工業(yè)、醫(yī)療及核工業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜，對(duì)焊接技術(shù)的要求越來越高。激光焊接技術(shù)具有能量密度高、能精確控制焊接過程和無須接觸的特點(diǎn)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用。［1］甚至已完全取代傳統(tǒng)焊接技術(shù)，激光拼焊具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)車輛制造企業(yè)有很大優(yōu)勢(shì)。［2］

目前，企業(yè)大多數(shù)薄壁類零件的焊接主要采用鎢極氬弧焊或氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，由于手工操作，焊接熱輸入大，導(dǎo)致薄壁零件的焊接焊縫形貌差、焊接變形大、焊接效率低下。針對(duì)此類問題，開展薄壁零件激光焊接技術(shù)研究，對(duì)鍍鋅薄壁零件開展激光功率、焊接速度、離焦量等激光焊接參數(shù)的優(yōu)化匹配，以實(shí)現(xiàn)薄壁零件高效優(yōu)質(zhì)焊接。

1 激光焊接技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

激光焊接（LBW，Laser Beam Welding）是利用激光器發(fā)生激光，聚焦后生成高能量密度的激光束，以此為熱源轟擊在焊件待焊處，使焊件待焊處熔化形成焊縫的一種高效精密焊接方法。激光焊接具有高能束、焊接速度快、靈活性強(qiáng)、焊接質(zhì)量高、無污染、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。激光焊接技術(shù)能對(duì)隱蔽、難以到達(dá)的部位進(jìn)行焊接，憑借其靈活性，通過合理控制激光束的方向即可實(shí)現(xiàn)。由于激光焊接技術(shù)的熱影響區(qū)相對(duì)較小，所以激光束直接照射焊接部位時(shí)不會(huì)對(duì)其他區(qū)域產(chǎn)生負(fù)面影響。［3］激光焊接技術(shù)的激光束聚集產(chǎn)生的高熱量可以提高焊接效率并確保焊件整體質(zhì)量。激光束斑直徑很小，能量密度極高，功率密度達(dá)106～108W/cm2，深寬比大，最高可達(dá)10∶1，對(duì)高熔點(diǎn)金屬等難焊材料有較好的焊接效果，并可用于異種材料、非金屬材料的焊接。［4］激光束在不同功率下有著不同的密度，對(duì)焊縫的深淺度也有影響，隨著激光束密度的提高，會(huì)加大熔深程度，焊縫更深。反之，則會(huì)降低熔深程度，熔深更淺。［5］

激光器作為激光發(fā)射裝置，對(duì)激光能量密度和焊接質(zhì)量有著重要影響。大功率優(yōu)質(zhì)激光束的碟片激光器和光纖激光器在焊接研究領(lǐng)域十分普及。［6-7］激光束控制較簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在難熔材料、薄板金屬焊接方面更有優(yōu)勢(shì)。高度柔性焊接系統(tǒng)的焊接機(jī)器人要求激光器有高光束傳輸柔性，本研究采用的焊接設(shè)備為廣州松興公司高能束焊接系統(tǒng)，激光器型號(hào)為德國(guó)TruDisk 8002 （4 C）碟式激光器，激光器參數(shù)見表1。

2 激光焊接工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

焊接試驗(yàn)樣件采用鍍鋅材料，厚度選擇為1mm、2mm、3mm三種板材。

2.1 1mm樣件工藝參數(shù)

1mm鍍鋅板在焊接速度和保護(hù)氣體一定的情況下，采用1.0～1.4kW間不同的激光功率和+2、-2離焦量進(jìn)行對(duì)接焊試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如表2。

2.2 2mm樣板工藝參數(shù)

2mm鍍鋅板在焊接速度和保護(hù)氣體一定的情況下，采用1.6～2.5kW間不同的激光功率和+2、-2離焦量進(jìn)行激光對(duì)接焊試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如表3。

2.3 3mm樣板工藝參數(shù)

3mm鍍鋅板在焊接速度和保護(hù)氣體一定的情況下，采用2.6～3.1kW間不同的激光功率和+2、-2離焦量進(jìn)行激光對(duì)接焊試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如表4。

3 激光焊接試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 1mm樣板焊接結(jié)果

對(duì)于1mm鍍鋅薄板，宜采用正離焦進(jìn)行激光焊接。在負(fù)離焦量情況下，激光功率在1.1～1.26kW間，試件焊縫表面成形良好，但均不能焊透（如圖1），而當(dāng)激光功率超過1.26kW，則直接將試件焊穿，焊縫不能成形。而在正離焦情況下，激光功率在1.1～1.25kW間均能實(shí)現(xiàn)1mm鍍鋅薄板的激光焊接，正面成形良好，背面焊透（如圖2所示）。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，焊接速度1.5m/min、流量20L/min（5%CO2+Ar）保護(hù)氣，激光功率1.2kW、離焦量+2的焊接參數(shù)下，焊接效果最好。

3.2 2mm樣板焊接結(jié)果

2mm鍍鋅板的激光焊接宜采用負(fù)離焦進(jìn)行焊接。在-2離焦量，激光功率1.8～2.2kW區(qū)間均能獲得焊縫成形良好的試件（如圖3）。經(jīng)對(duì)比，在

焊接速度1.5m/min、流量20L/min（5% CO2+Ar）保護(hù)氣，激光功率2.1kW、離焦量-2的焊接參數(shù)下，所獲得激光焊接試件焊縫成形效果最好。

3.3 3mm樣板焊接結(jié)果

3mm鍍鋅板的激光焊接應(yīng)采用負(fù)離焦焊接。在-2離焦量，激光功率在3.0 kW時(shí)所獲得的試件焊接效果最好（如圖4所示）。經(jīng)對(duì)比，在焊接速度1.5m/min、流量20L/min（5% CO2+Ar）保護(hù)氣、激光功率2.6～3.0kW、離焦量-2的焊接參數(shù)下，焊縫成形良好。

4 激光焊接工藝優(yōu)化

經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，確定了1～3mm鍍鋅薄板激光焊接工藝最優(yōu)參數(shù)，如表5。

5 結(jié)論

本文采用試驗(yàn)對(duì)比方法，結(jié)合工藝?yán)碚摵陀绊懠す夂附右卦O(shè)計(jì)了薄壁零件激光焊接工藝，通過對(duì)1～3mm厚鍍鋅薄板進(jìn)行激光焊接試驗(yàn)驗(yàn)證，分析優(yōu)化了不同的激光焊接工藝參數(shù)，進(jìn)一步證明了該激光焊接工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性與準(zhǔn)確性，從而指導(dǎo)了車輛薄壁類零件激光焊接工藝方案的完善，對(duì)提高企業(yè)車輛激光焊接技術(shù)質(zhì)量有著積極的影響。

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（責(zé)任編輯 郭曉勇）