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CN102126086B - 激光胶接点焊方法 - Google Patents

激光胶接点焊方法 Download PDF

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陶汪
陈彦宾
马轶男
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Abstract

激光胶接点焊方法，它涉及一种焊接方法。本发明解决了激光胶接点焊过程中，由于胶层大量分解产生气体影响焊接质量的问题。本方法如下：将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热、涂胶并搭接，然后分别在两束激光的条件下辐照，焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。本发明方法胶层在焊接过程中有明显的外排现象，并且在外排的胶层中有气泡的存在，证明这种方法可以将胶层受热分解产生的气体通过胶层排出，减少其对于接头性能的影响。

Description

激光胶接点焊方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法。
背景技术
由于胶焊结构具有优良的性能，经过几十年的发展，胶焊已成为一种重要的连接方法，在航空航天以及其他很多领域获得了应用。普通的电阻焊-胶接复合工艺要求胶层能够导电，或者在胶层中加入导电材料(如铝、铜、碳等)，这样会造成胶合材料的成本上升，不利于工业应用；此外电阻焊热影响区较大，引起的胶层失效区域也比较大，材料浪费严重，而且接头性能下降。
胶接点焊技术是一种将胶接与点焊相结合的高效的复合连接工艺。它是指在点焊前或点焊完成后，在焊点周围的缝状间隙中加入胶粘剂的一种连接方法。点焊后加入的胶粘剂应采用粘度低、流动性好的胶粘剂，利用重力和毛细作用将母材间隙填满；在点焊前填加的应是膏状的胶粘剂，在点焊过程中胶粘剂会被排出点焊区域而形成焊点。
但是，在实际的应用当中发现，在激光胶接点焊过程中，胶层分解产生大量的气体。这些气体由于没有其它的排出通道，只能通过上层熔化的金属进行排气。当胶层分解过多时，会产生大量的气体在短时间内通过上层熔化金属排出，从而造成严重的焊接飞溅，甚至使焊接无法进行。
发明内容
本发明的目的是解决激光胶接点焊过程中，由于胶层大量分解产生气体影响焊接质量的问题，提供了一种激光胶接点焊方法。
本发明激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至40℃～70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.05mm～0.2mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为350W～500W的条件下保持0.6s～1.0s，然后在第二束激光功率为1300W～1600W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s～0.6s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
本发明激光胶接点焊的的主要原理是通过控制激光在工件上的热输入，控制激光加热区域胶层的分解量，以达到控制焊接质量的目的。即在焊接区域首先施加一小功率激光，辐照一段时间，使激光作用区域的胶层少量分解，产生气体。而这些气体由于压强的原因会向四周进行扩展，进一步减少激光作用区域的胶层量，并且通过工件之间的间隙进行排气。然后用较大功率激光进行点焊作业。由于前束激光使作用区域内胶量明显减少，因此由于后束激光作用而产生的胶层分解量很少，只有少量气体需要在这个时间短外排，减少了胶层分解气体对于焊接过程的影响。以达到形成合格点焊接头的目的。采用本方法焊接后对点焊的接头进行宏观拍照和力学性能测试。外观检查表明，点焊接头无裂纹、气孔、表明无明显塌陷，成形良好。显微组织分析表明，点焊接头主要为珠光体+贝氏体+和铁素体。接头拉伸试验表明，激光胶接点焊接头的在完全断裂前所吸收的能量远远大于单独激光点焊，而且断裂前发生塑性变形，可以预防脆断带来的危害。本发明方法胶层在焊接过程中有明显的外排现象，并且在外排的胶层中有气泡的存在，证明这种方法可以将胶层受热分解产生的气体通过胶层排出，减少其对于接头性能的影响。
本发明的方法主要有以下几方面优势：
1.无需附加的装夹工具，即可实现无缺陷的激光胶接点焊；
2.小功率激光的作用，减少了胶层的分解，保证了胶层力学性能在最大程度上的保留；
3.由于无需附加其它装置，本方法可以广泛的使用于机器人焊接，提高激光胶接点焊的自动化程度。
附图说明
图1是具体实施方式二十中激光胶接点焊后焊点的微观组织全景图；图2是具体实施方式二十中激光胶接点焊后焊点的微观组织形貌图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至40℃～70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.05mm～0.2mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为350W～500W的条件下保持0.6s～1.0s，然后在第二束激光功率为1300W～1600W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s～0.6s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的金属板材为低碳钢板材Q195板材，厚度为1.2mm。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中所述低碳钢板材的化学成分如下：C≤0.12，Mn≤0.5，Si≤0.3，S≤0.05，P≤0.045，其余为Fe和不可避免的杂质。其力学性能如下：屈服强度≥195MPa，拉伸强度≥315MPa，延伸率≥33％。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至50℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.1mm的胶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述第一束激光功率为400W。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述第一束激光持续时间为0.8s。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述第二束激光功率为1500W。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中所述第二束激光持续时间为0.5s。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至40℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.05mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为350W的条件下保持0.6s，然后在第二束激光功率为1300W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.2mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为500W的条件下保持1.0s，然后在第二束激光功率为1600W、离焦量为3mm的条件下保持0.6s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十一：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至50℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.08mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为360W的条件下保持0.6s，然后在第二束激光功率为1350W、离焦量为3mm的条件下保持0.45s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十二：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至45℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.1mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为380W的条件下保持0.7s，然后在第二束激光功率为1380W、离焦量为3mm的条件下保持0.5s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十三：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至50℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.15mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为400W的条件下保持0.8s，然后在第二束激光功率为1400W、离焦量为3mm的条件下保持0.5s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十四：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至55℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.16mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为450W的条件下保持0.75s，然后在第二束激光功率为1450W、离焦量为3mm的条件下保持0.55s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十五：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至58℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.17mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为460W的条件下保持0.8s，然后在第二束激光功率为1480W、离焦量为3mm的条件下保持0.6s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十六：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至60℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.18mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为480W的条件下保持0.85s，然后在第二束激光功率为1500W、离焦量为3mm的条件下保持0.45s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十七：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至65℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.05mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为490W的条件下保持0.9s，然后在第二束激光功率为1550W、离焦量为3mm的条件下保持0.5s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十八：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至68℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.12的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为500W的条件下保持0.7s，然后在第二束激光功率为1570W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式十九：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.13mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为370W的条件下保持0.65s，然后在第二束激光功率为1310W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
具体实施方式二十：本实施方式中激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.12mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为500W的条件下保持0.8s，然后在第二束激光功率为1500W、离焦量为3mm的条件下保持0.5s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
从图1看出本实施方式点焊接头无裂纹、气孔、表明无明显塌陷，成形良好。显微组织分析表明，点焊接头主要为珠光体+贝氏体+铁素体。接头拉伸试验表明，激光胶接点焊接头的在完全断裂前所吸收的能量远远大于单独激光点焊，而且断裂前发生塑性变形，可以预防脆断带来的危害。
本发明方法胶层在焊接过程中有明显的外排现象，并且在外排的胶层中有气泡的存在，证明这种方法可以将胶层受热分解产生的气体通过胶层排出，减少其对于接头性能的影响。

Claims (8)

1.激光胶接点焊方法，其特征在于激光胶接点焊方法如下：一、将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至40℃～70℃；二、将经过步骤一处理的两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.05mm～0.2mm的胶，然后将两块金属板材在压力为10N的条件下搭接；三、将步骤二得到的搭接的两块金属板材在第一束激光功率为350W～500W的条件下保持0.6s～1.0s，使激光作用区域的胶层少量分解，产生气体；这些气体由于压强的原因会向四周进行扩展，进一步减少激光作用区域的胶层量，并且通过工件之间的间隙进行排气；然后在第二束激光功率为1300W～1600W、离焦量为3mm的条件下保持0.4s～0.6s，得到焊接后的金属板材；四、焊接后的金属板材间的胶层固化后，即完成激光胶接点焊。
2.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤一中所述的金属板材为低碳钢板材Q195板材，厚度为1.2mm。
3.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤一中将经过除氧化膜和除锈处理的两块金属板材加热至50℃。
4.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤二中将两块金属板材的待连接面上涂上厚度为0.1mm的胶。
5.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤三中所述第一束激光功率为400W。
6.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤三中所述第一束激光持续时间为0.8s。
7.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤三中所述第二束激光功率为1500W。
8.根据权利要求1所述激光胶接点焊方法，其特征在于步骤三中所述第二束激光持续时间为0.5s。
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