CN1156076A - 带自由边倒圆的激光束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

为了在两块相互焊接的薄钢板的表面上喷涂均匀的漆层，本发明提出的一种激光束焊接方法用第一光束对准在第一块钢板的表面和第二块钢板的端面之间形成的一个贴角，而用第二光束对准第二块钢板的自由边，使该自由边倒圆。

Description

带自由边倒圆的激光束焊接方法
本发明涉及一种激光束焊接方法，该方法用第一光束对准在第一钢板的表面和第二钢板的端面之间构成的一个贴角。
此外，本发明还涉及一种实施本发明方法的焊接装置。
在激光束焊接方法中，高能辐射的光束对准相互要焊接的工件。特别是在焊接薄钢板时采用激光束作为焊接光束。例如在车身结构中，就是用激光束对准一个在两块薄钢板之间形成的贴角而把它们焊接在一起。通常在第一钢板的表面和置于其上的第二钢板的端面之间形成贴角。其中，焊接接头可以是平行接头或搭接接头，但两块相互焊接的钢板亦可形成倾斜接头，亦即这两块钢板的平面不是平行的，而是相互成一锐角。
相互焊接后的钢板通常都喷涂防腐蚀的漆层。
按先有技术公知的焊接方法，两块按图6叠放的钢板1和2沿贴角3相互焊接，这样形成的焊缝如图3所示。当这种焊缝用公知的喷漆方法喷漆时，就会产生图5所示的不同厚度的漆层。按公知的方法焊接两块钢板后，第二块钢板上留下的尖锐的自由边特别有害，并导致所谓“喷漆流走”。如图5所示，在自由边4范围内的漆层明显较薄，所以，这个范围不能保证要求的防腐蚀性。已施焊的例子表明，在通常情况下，漆层厚度大约为30微米，而在尖锐边缘区则只有3微米，甚至更薄。
本发明的任务在于，改进公知的高能束焊接方法，特别是激光焊接法，以避免先有技术的上述缺点，并使焊缝形状能形成防腐蚀的均匀漆层。
按本发明激光束焊接方法，实际上述任务的特征是，用第二光束对准第二块钢板的自由边。
此外，本发明的任务是，提出一种只用一个束光源来产生本发明所需两个光束的焊接装置。
德国专利DE-PS3346144C1公知的一种装置原则上适用于上述目的。但当光束尺寸较小和两个分光束相互靠近聚焦时，例如本发明焊接方法所要求的那样，则一束光用分光镜分配是有问题的。
所以，本发明的任务是，提出另一种焊接装置来把由一个束光源产生的焊接光束精确分成两个光束，并以可接受的费用实现两个分光束相互靠近聚焦。
本发明焊接装置的特征是，带一个束光源和至少一个会聚透镜的焊接装置在束光源和透镜之间设置有产生第二分光束的装置。
也即本发明方法采用最普遍的形式使第二钢板的自由边通过第二焊接光束部分熔化并在重力和内分子力作用下倒圆，在一个优选的结构形式中，第二光束作为产生第一光束的束光源的分光束按恒定的距离同步超前或落后于第一光束。
本发明的焊接方法，特别适用于激光束焊接。本发明其他的优选结构形式在从属权利要求中叙述。
本发明的焊接装置最好进一步这样改进：即在束光源和要焊接的工件之间设置两个会聚透镜，并在这两个会聚透镜之间设置一个光楔来产生第二分光束。其中，光楔最好可沿径向移动，所以把光束功率的一部分从原来产生的光束(主光束)中分给第二分光束，而且可以调节。
为了有利于摆放两个要焊接的工件，本发明焊接装置还设置有一个偏转镜。
本发明焊接装置原则上可用于各类高能束焊接，但主要适用于：束光源为激光振荡器以及聚焦透镜、光楔和偏转镜为光学元件。
业已证明，采用掺钕钇铝石榴石激光器是有优点的，这种激光器的输出波长介于0.6和1.1微米之间，所以可用透射材料作透镜即透明镜。其他激光器往往具有较大的波长，因而不能用透镜工作，不能保证紧凑的结构来在不可达的车身部件上实现贴角焊接。二氧化碳激光器的输出波长为10.6微米，即产生的光束不可能通过玻璃纤维光缆或其他类似的光缆来传输。
下面结合附图所示实施例来详细说明本发明。附图表示：
图1  本发明焊接方法的透视示意图；
图2  按本发明方法施焊的焊缝；
图3  按先有技术施焊的焊缝；
图4  喷完漆后图2的钢板和焊缝；
图5  喷完漆后图3的钢板和焊缝；
图6  焊接过程开始前的两块要焊接的钢板；
图7  本发明焊接装置的示意图。
图6表示构成一个平行接头或搭接接头的两块钢板1和2。焊接光束沿箭头所示方向对准在第一块钢板1的表面和第二块钢板2的端面12之间形成的一个贴角3，上面钢板即第二块钢板2的自由边用参考号4表示。
在生产焊缝时，唯一的激光束沿图6所示箭头方向对准贴角3，从而形成一条如图1所示的焊缝5，这样就留下一个如图3示意图所示的自由边4。
当图3的焊缝喷涂一层漆时，漆层15受到漆的表面张力的影响或其他类似影响而形成图5所示的不同的厚度。在自由边4的范围内，漆层厚度明显减少，从而在该处出现腐蚀问题。
如图1所示，本发明提出第二激光束以短距离同步跟在第一激光束后面来对准自由边4，这样就产生第二条焊缝6来使自由边4倒圆。
图2表示这样焊成的工件轮廓。当在这样的工件上或这样形成的焊缝上喷漆时，就能形成图4所示的基本上厚度均匀的漆层，就这样以很少的费用保证和改进了焊件的防腐蚀性能。
如图1所示，产生焊缝5的第一激光束在焊接方向7位于产生焊缝6的第二激光束前面。但不论是两个激光束同步通过工件上方，还是工件朝箭头7所示焊接方向向前移动，都是无关紧要的。
图7表示本发明焊接装置的示意图。激光器20作为束光源产生一个激光束21(主光束)，该激光束发散传播并通过第一会聚透镜22接近于平行，平行光束25′入射到偏转镜23上，并通过第二会聚透镜24在第一焦点聚焦，这样产生第一激光束25″。透镜可由多个透镜组成。
按本发明设置的光楔19把通过第一会聚透镜22的激光束的一部分偏转，使产生的分光束26′在偏转镜23上反射后通过第二会聚透镜24在第二焦点26聚焦。这样就产生第二激光束26″。
这样就形成了两个焦点25和26，其中一个焦点位于形成焊缝的贴角上(第一焦点25)，而另一个焦点则对准上面的钢板2的自由边4使自由边倒圆(第二焦点26)。两个焦点的优选距离为0至10毫米。
如图7示意图所示，光楔19可在径向内运动，以便增大或减小变成第二分光束26′的主光束21的部分。

Claims (16)

1.用第一光束(25″)对准在第一块钢板(1)的表面(11)和第二块钢板(2)的端面(12)之间构成的一个贴角(3)的激光束焊接方法，其特征是，第二光束(26″)对准第二块钢板(2)的自由边(4)。
2.按权利要求1的激光束焊接方法，其特征是，第二光束(26″)以恒定的距离同步超前或落后于第一光束(25″)。
3.按权利要求2的激光束焊接方法，其特征是，作为分光束的第二光束也由产生第一光束的束光源(20)产生。
4.按前述任一权利要求的激光束焊接方法，其特征是，第一和第二光束都是激光束。
5.按权利要求4的激光束焊接方法，其特征是，激光束通过一个掺钕钇铝石榴石激光器产生。
6.按前述任一权利要求的激光束焊接方法，其特征是，两块相互要连接的钢板(1，2)相互构成一个平行接头。
7.按权利要求1至5任一项的激光束焊接方法，其特征是，两块相互要连接的钢板(1，2)相互构成一个搭接接头。
8.按权利要求1至5任一项的激光束焊接方法，其特征是，两块相互要连接的钢板(1，2)相互构成一个倾斜接头。
9.实施按权利要求1至8中一或多项的方法的焊接装置，带有一个束光源(20)和一个会聚透镜(24)，其特征是，在束光源(20)和透镜(24)之间设置有产生第二分光束的装置(19)。
10.按权利要求9的焊接装置，其特征是，在束光源(20)和要焊接的工件(30)之间设置有两个透镜(22、24)或透镜***，并在这两个透镜之间设置有一个产生第二分光束的装置(19)。
11.按权利要求10的焊接装置，其特征是，产生第二光束的装置是一个光楔(19)。
12.按前述任一权利要求的焊接装置，其特征是，设置有一个偏转镜(23)。
13.按前述任一权利要求的焊接装置，其特征是，束光源(20)为一个激光振荡器，而透镜(22，24)则为光学透镜。
14.按权利要求13的焊接装置，其特征是，激光振荡器为一种掺钕钇铝石榴石激光振荡器。
15.按权利要求2和4的激光束焊接方法，其特征是，两个焦点的距离介于0至10毫米之间。
16.板件、特别是用于汽车车身的车身构件，其特征是，至少两块用薄钢板深拉的构件用一条按权利要求1至8中一项或多项的方法生产的激光焊缝连接。
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