CN118237736A - 激光焊接方法以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明供了激光焊接方法以及压缩机，其中激光焊接方法包括：将待焊接的第一曲面工件和第二曲面工件相贴合，激光器向第一曲面工件照射激光束，激光束的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，满足关系式0<θ<90°，第一曲面工件和第二曲面工件之间形成焊缝将两者固定连接。本发明能够使得曲面工件之间的焊缝形状浅而宽，增加焊接强度，降低压缩机焊接的不良率。

Description

激光焊接方法以及压缩机

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体地说涉及激光焊接方法以及压缩机。

背景技术

空调压缩机领域，多年来缸盖或者气缸与壳体的连接固定均采用MAG焊接工艺，但是随着激光焊接技术的不断进步，MAG焊接存在的问题日益凸显。MAG焊接对压缩机内高精度部件的影响可能造成性能降低、焊接报废风险增加、焊接成本上升以及气密性不良等问题。上述激光焊接技术的发展成为一个重要的方向。但是，目前现有的关于壳体与缸盖的激光焊接方法，均因为良品率低而未能实现量产。良品率不高的主因是缸盖材质为灰口铸铁，极易产生焊接裂纹造成质量缺陷。

激光焊接的特点是穿透性强，焊缝深宽比一般为5:1甚至10:1，焊接容易得到大熔深、窄焊宽的焊缝。但对双曲面工件搭接类型的激光穿透焊接来说，焊接诉求则不同。熔深方面，在对铸铁等难焊材料焊接时，首先熔深过大导致较多的铸铁成分熔入过量，增加产生焊接裂纹缺陷的风险；其次，熔深过大也不利于焊接变形量的控制。焊宽方面，焊宽与焊接强度成正比，焊缝宽度越大，焊接强度越好。激光焊接的特性是焊宽较窄，即使配置大芯径的多模激光器、焊接摆动头等增益激光装备，在焊宽拓展的同时焊接深度也会同比大幅提高，因此，激光焊接技术对于双曲面工件的焊接应用适配性不强。

图1为现有技术的激光焊接方法的焊缝截面示意图。如图1所示，现有技术的焊缝3的截面形状一般为“钉子”形或“V”字形。其中，“钉子”形或“V”字形的尖部指向曲面中心，原因是熔池外围散热快、冷却快、枝晶成型快，而熔池中心散热、冷却最慢，故热量最高、熔深最大。熔深过大对焊接质量无益，如能控制熔深至合适范围，可降低铸铁等难焊材料的焊接难度。但在降低焊接参数后，熔深、焊缝宽度会同步减少，焊缝强度也会降低，因此很难找到合适的参数范围。

有鉴于此，本发明提供了一种激光焊接方法以及压缩机。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供激光焊接方法以及压缩机，克服了现有技术的问题，针对两个曲面工件的激光焊接，使用焊接头偏位焊接，能够使得曲面工件之间的焊缝形状浅而宽，增加焊接强度，降低压缩机焊接的不良率。

本发明的实施例提供一种激光焊接方法，包括：

将待焊接的第一曲面工件和第二曲面工件相贴合，激光器向所述第一曲面工件照射激光束，所述激光束的入射方向与所述第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，满足关系式0<θ<90°，所述第一曲面工件和所述第二曲面工件之间形成焊缝将两者固定连接。

优选地，将所述激光器的出射头先对准所述第一曲面工件的水平径向方向，再向与所述水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向平移后施焊。

优选地，将所述激光器的出射头先对准所述第一曲面工件的水平径向方向，再将所述激光器沿与所述水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向偏转第二夹角α后施焊，使得所述激光束的入射方向与所述第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成所述第一夹角θ。

优选地，所述焊缝的形状包括点、直线、弧形，或前述形状组合而成。

优选地，在过所述焊缝和所述第一曲面工件轴线的切面中，所述焊缝沿所述第一曲面工件轴线方向的宽度值为H，所述第二曲面工件的熔深值为L，满足关系式0.1毫米≤L≤H。

优选地，所述激光束的焦点位于所述第一曲面工件远离所述第二曲面工件的外侧或者所述第二曲面工件的内侧。

优选地，所述激光束由单模或者多模激光器产生，所述激光束的芯径为100微米以上，所述激光束的功率为300W以上，出射头为以下至少任一项：准直出射头；摆动头；振镜头；所述焊接波形为以下至少任一项：梯形波；矩形波；锯齿波；三角波。

优选地，采用保护气体保护焊接工艺，所述保护气体的流量大于5L/min，所述保护气体为以下至少任一项：氮气；氩气。

优选地，所述第一曲面工件和所述第二曲面工件的材质为以下至少任一项：碳钢；铸铁；粉末冶金。

本发明的实施例还提供一种压缩机，通过上述的激光焊接方法对壳体与上缸盖、壳体与气缸、壳体与上壳盖、壳体与下壳盖、壳体与电机、电机铁芯的若干叠片中的一种或多种焊件进行焊接。

本发明的激光焊接方法以及压缩机，针对两个曲面工件的激光焊接，使用焊接头偏位焊接，能够使得曲面工件之间的焊缝形状浅而宽，增加焊接强度，降低压缩机焊接的不良率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为现有技术的激光焊接方法的焊缝截面示意图；

图2为使用本发明的激光焊接方法的第一实施例示意图；

图3为使用本发明的激光焊接方法的第二实施例示意图；

图4为使用本发明的激光焊接方法的压缩机示意图；

图5为本发明的激光焊接方法的焦点在外的焊接示意图；

图6为本发明的激光焊接方法的焦点在内的焊接示意图；

图7为本发明的激光焊接方法的焊缝截面示意图。

附图标记

1 壳体

2 上缸盖

3 现有技术的焊缝

4 焊缝

5 激光束

51 激光束上边界

52 激光束中心

53 激光束下边界

54 焦点

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本申请所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本申请中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本申请的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于表示目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的表示中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来表示各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等表示。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

图2为使用本发明的激光焊接方法的第一实施例示意图。图3为使用本发明的激光焊接方法的第二实施例示意图。图4为使用本发明的激光焊接方法的压缩机示意图。图5为本发明的激光焊接方法的焦点在外的焊接示意图。图6为本发明的激光焊接方法的焦点在内的焊接示意图。图7为本发明的激光焊接方法的焊缝截面示意图。如图2至7所示，本发明的一种激光焊接方法，包括以下步骤：将待焊接的第一曲面工件和第二曲面工件相贴合，激光器向第一曲面工件照射激光束5，激光束5的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，满足关系式0<θ<90°，第一曲面工件和第二曲面工件之间形成焊缝4将两者固定连接。本发明提出的激光焊接方法，使用焊接头偏位(Offset Position)焊接的方法，后文简称“OP焊接”，即激光束的出射方向不过两个待焊接工件的圆心，激光焊接头由传统向心方向设置成与向心线形成一夹角的角度后施焊，激光束高斯分布被抑制，从而可以实现焊缝形状浅而宽，增加焊接强度。当该激光焊接技术应用于压缩机壳体和缸盖焊接时，可以减少熔池中缸盖(即铸铁件)的熔入量，同时增加壳体(即低碳钢)熔入量，使得焊接裂纹敏感度碳当量明显下降，焊接裂纹不良率下降。

在一个优选实施例中，将激光器的出射头先对准第一曲面工件的水平径向方向，再向与水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向平移后施焊，但不以此为限。

在一个优选实施例中，将激光器的出射头先对准第一曲面工件的水平径向方向，再将激光器沿与水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向偏转第二夹角α后施焊，使得激光束5的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，但不以此为限。

在一个优选实施例中，焊缝4的形状包括点、直线、弧形，或前述形状组合而成，但不以此为限。

在一个优选实施例中，在过焊缝4和第一曲面工件轴线的切面中，焊缝4沿第一曲面工件轴线方向的宽度值为H，第二曲面工件的熔深值为L，满足关系式0.1毫米≤L≤H，但不以此为限。

在一个优选实施例中，激光束5的焦点54位于第一曲面工件远离第二曲面工件的外侧或者第二曲面工件的内侧，但不以此为限。

在一个优选实施例中，激光束5由单模或者多模激光器产生，激光束5的芯径为100微米以上，激光束5的功率为300W以上，出射头为以下至少任一项：准直出射头；摆动头；振镜头；焊接波形为以下至少任一项：梯形波；矩形波；锯齿波；三角波，但不以此为限。

在一个优选实施例中，采用保护气体保护焊接工艺，保护气体的流量大于5L/min，保护气体为以下至少任一项：氮气；氩气，但不以此为限。

在一个优选实施例中，第一曲面工件和第二曲面工件的材质为以下至少任一项：碳钢；铸铁；粉末冶金，但不以此为限。

本发明的一种压缩机，通过上述的激光焊接方法对壳体1与上缸盖2、壳体1与气缸、壳体1与上壳盖、壳体1与下壳盖、壳体1与电机、电机铁芯的若干叠片中的一种或多种焊件进行焊接，但不以此为限。

针对现有激光焊接方法的缺陷，本发明的目的是提供一种激光焊接方法以及压缩机，针对两个曲面工件的激光焊接，使用焊接头偏位焊接，能够使得曲面工件之间的焊缝形状浅而宽，增加焊接强度，降低压缩机焊接的不良率。

参考图2至7，本发明的具体方法如下：

本发明的一种激光焊接方法，应用于压缩机焊接，包括以下步骤：将待焊接的第一曲面工件和第二曲面工件相贴合，激光器向第一曲面工件照射激光束5，激光束5的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，满足关系式0<θ<90°，第一曲面工件和第二曲面工件之间形成焊缝4将两者固定连接。

本发明的实施例可以应用于压缩机焊接领域，但不以此为限，用于焊接两个面接触的曲面工件，包括：壳体1与上缸盖2、壳体1与气缸、壳体1与上壳盖、壳体1与下壳盖、壳体1与电机、电机铁芯的若干叠片等。以下称为第一曲面工件和第二曲面工件，其中第一曲面工件和第二曲面工件的材质为以下至少任一项：碳钢；铸铁；粉末冶金。图1至7中以压缩机壳体1和上缸盖2为例，其中壳体1即为第一曲面工件，上缸盖2即为第二曲面工件，壳体1的材质为低碳钢，上缸盖2的材质为铸铁件。激光束运用外部热源熔穿第一曲面工件后，将第一曲面工件与第二曲面工件烧结成一体。

本发明的激光焊接方法的第一实施例中，将激光器的出射头先对准第一曲面工件的水平径向方向，再向与水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向平移后施焊，使得激光束5的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ。

本发明的激光焊接方法的第二实施例中，将激光器的出射头先对准第一曲面工件的水平径向方向，再将激光器沿与水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向偏转第二夹角α后施焊，使得激光束5的入射方向与第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ。

在上述两个实施例中，激光束5由单模或者多模激光器产生，激光束5的芯径为100微米以上，激光束5的功率为300W以上。激光焊接时间为0.5秒或以上。焊接头为以下至少任一项：准直出射头；摆动头；振镜头；焊接波形为以下至少任一项：梯形波；矩形波；锯齿波；三角波。激光束5的焦点54可以位于第一曲面工件外，也可以位于第二曲面工件内。

当激光束5的焦点54位于第一曲面工件，即壳体1外时，即将激光焊焦点54位置设置为正入焦。将激光焊接头由传统向心方向调整为上述实施例一或实施例二中的入射方向，然后进行施焊。由于激光束5热量分布普遍呈高斯分布，即激光束5中心热量最大，往边界方向呈热量衰减分布。基于距离焦点54位置越近热量越大原则，激光束下边界53离焦点54位置较近(距离A1)，而激光束中心52离焦点54位置较远(距离B1)，因此激光束5高斯分布被抑制，对应不同曲率的曲面材料搭接穿透焊接，调整第一夹角θ，即可得到均匀的弧形熔深。激光束上边界51，属于激光束高斯分布的低热量区且距离焦点54位置最远(距离C1)，因此该处焊接时的受热量最低，只能对壳体1进行局部加热熔化，熔池中壳体1低碳钢的熔入占比得到提升，益于降低焊接裂纹不良概率。

当激光束5的焦点54位于第二曲面工件，即上缸盖2外时，即将激光焊焦点54位置设置为负离焦。将激光焊接头由传统向心方向调整为上述实施例一或实施例二中的入射方向，然后进行施焊。与前述正入焦点相反，同样基于激光束5热量高斯分布原则，激光束上边界51离焦点54位置较近(距离C2)，而激光束中心52离焦点54位置较远(距离B2)，因此激光束5高斯分布亦被抑制，可以得到均匀的弧形熔深。激光束下边界53属于激光束低热量区且距离焦点54位置最远(距离A2)，该处焊接时的受热量最低，只能对壳体1进行局部熔化，这样一来熔池中壳体1低碳钢的熔入占比得到提升，益于降低焊接裂纹不良概率。

当一曲面工件和第二曲面工件的材质为非碳钢和铸铁的其他组合时，本发明的激光焊接方法能够得到均匀的弧形熔深，提高了焊接强度。

焊缝4的形状包括点、直线、弧形，或前述形状组合而成。在过焊缝4和第一曲面工件轴线的切面中，焊缝4沿第一曲面工件轴线方向的宽度值为H，第二曲面工件的熔深值为L，满足关系式0.1毫米≤L≤H。焊接时采用保护气体保护焊接工艺，本发明的激光焊接方法的焊接区域增大，对保护气体的保护范围提出了更高要求，保护气体的流量需大于5L/min，保护气体为以下至少任一项：氮气；氩气。

综上，本发明的激光焊接方法以及压缩机，针对两个曲面工件的激光焊接，使用焊接头偏位焊接，能够使得曲面工件之间的焊缝形状浅而宽，增加焊接强度，降低压缩机焊接的不良率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，包括：

将待焊接的第一曲面工件和第二曲面工件相贴合，激光器向所述第一曲面工件照射激光束，所述激光束的入射方向与所述第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成第一夹角θ，满足关系式0<θ<90°，所述第一曲面工件和所述第二曲面工件之间形成焊缝将两者固定连接。

2.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，将所述激光器的出射头先对准所述第一曲面工件的水平径向方向，再向与所述水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向平移后施焊。

3.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，将所述激光器的出射头先对准所述第一曲面工件的水平径向方向，再将所述激光器沿与所述水平径向方向垂直的、位于同一平面的竖直方向偏转第二夹角α后施焊，使得所述激光束的入射方向与所述第一曲面工件的焊点所在的曲面的切面成所述第一夹角θ。

4.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述焊缝的形状包括点、直线、弧形，或前述形状组合而成。

5.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，在过所述焊缝和所述第一曲面工件轴线的切面中，所述焊缝沿所述第一曲面工件轴线方向的宽度值为H，所述第二曲面工件的熔深值为L，满足关系式0.1毫米≤L≤H。

6.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束的焦点位于所述第一曲面工件远离所述第二曲面工件的外侧或者所述第二曲面工件的内侧。

7.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光束由单模或者多模激光器产生，所述激光束的芯径为100微米以上，所述激光束的功率为300W以上，出射头为以下至少任一项：准直出射头；摆动头；振镜头；所述焊接波形为以下至少任一项：梯形波；矩形波；锯齿波；三角波。

8.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，采用保护气体保护焊接工艺，所述保护气体的流量大于5L/min，所述保护气体为以下至少任一项：氮气；氩气。

9.如权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一曲面工件和所述第二曲面工件的材质为以下至少任一项：碳钢；铸铁；粉末冶金。

10.一种压缩机，其特征在于，通过如权利要求1至9任一项所述的激光焊接方法对壳体与上缸盖、壳体与气缸、壳体与上壳盖、壳体与下壳盖、壳体与电机、电机铁芯的若干叠片中的一种或多种焊件进行焊接。