專利名稱：帶自由邊倒圓的激光束焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光束焊接方法，該方法用第一光束對準(zhǔn)在第一鋼板的表面和第二鋼板的端面之間構(gòu)成的一個(gè)貼角。
此外，本發(fā)明還涉及一種實(shí)施本發(fā)明方法的焊接裝置。
在激光束焊接方法中，高能輻射的光束對準(zhǔn)相互要焊接的工件。特別是在焊接薄鋼板時(shí)采用激光束作為焊接光束。例如在車身結(jié)構(gòu)中，就是用激光束對準(zhǔn)一個(gè)在兩塊薄鋼板之間形成的貼角而把它們焊接在一起。通常在第一鋼板的表面和置于其上的第二鋼板的端面之間形成貼角。其中，焊接接頭可以是平行接頭或搭接接頭，但兩塊相互焊接的鋼板亦可形成傾斜接頭，亦即這兩塊鋼板的平面不是平行的，而是相互成一銳角。
相互焊接后的鋼板通常都噴涂防腐蝕的漆層。
按先有技術(shù)公知的焊接方法，兩塊按圖6疊放的鋼板1和2沿貼角3相互焊接，這樣形成的焊縫如圖3所示。當(dāng)這種焊縫用公知的噴漆方法噴漆時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生圖5所示的不同厚度的漆層。按公知的方法焊接兩塊鋼板后，第二塊鋼板上留下的尖銳的自由邊特別有害，并導(dǎo)致所謂“噴漆流走”。如圖5所示，在自由邊4范圍內(nèi)的漆層明顯較薄，所以，這個(gè)范圍不能保證要求的防腐蝕性。已施焊的例子表明，在通常情況下，漆層厚度大約為30微米，而在尖銳邊緣區(qū)則只有3微米，甚至更薄。
本發(fā)明的任務(wù)在于，改進(jìn)公知的高能束焊接方法，特別是激光焊接法，以避免先有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，并使焊縫形狀能形成防腐蝕的均勻漆層。
按本發(fā)明激光束焊接方法，實(shí)際上述任務(wù)的特征是，用第二光束對準(zhǔn)第二塊鋼板的自由邊。
此外，本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種只用一個(gè)束光源來產(chǎn)生本發(fā)明所需兩個(gè)光束的焊接裝置。
德國專利DE-PS3346144C1公知的一種裝置原則上適用于上述目的。但當(dāng)光束尺寸較小和兩個(gè)分光束相互靠近聚焦時(shí)，例如本發(fā)明焊接方法所要求的那樣，則一束光用分光鏡分配是有問題的。
所以，本發(fā)明的任務(wù)是，提出另一種焊接裝置來把由一個(gè)束光源產(chǎn)生的焊接光束精確分成兩個(gè)光束，并以可接受的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)兩個(gè)分光束相互靠近聚焦。
本發(fā)明焊接裝置的特征是，帶一個(gè)束光源和至少一個(gè)會(huì)聚透鏡的焊接裝置在束光源和透鏡之間設(shè)置有產(chǎn)生第二分光束的裝置。
也即本發(fā)明方法采用最普遍的形式使第二鋼板的自由邊通過第二焊接光束部分熔化并在重力和內(nèi)分子力作用下倒圓，在一個(gè)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式中，第二光束作為產(chǎn)生第一光束的束光源的分光束按恒定的距離同步超前或落后于第一光束。
本發(fā)明的焊接方法，特別適用于激光束焊接。本發(fā)明其他的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式在從屬權(quán)利要求中敘述。
本發(fā)明的焊接裝置最好進(jìn)一步這樣改進(jìn)即在束光源和要焊接的工件之間設(shè)置兩個(gè)會(huì)聚透鏡，并在這兩個(gè)會(huì)聚透鏡之間設(shè)置一個(gè)光楔來產(chǎn)生第二分光束。其中，光楔最好可沿徑向移動(dòng)，所以把光束功率的一部分從原來產(chǎn)生的光束(主光束)中分給第二分光束，而且可以調(diào)節(jié)。
為了有利于擺放兩個(gè)要焊接的工件，本發(fā)明焊接裝置還設(shè)置有一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡。
本發(fā)明焊接裝置原則上可用于各類高能束焊接，但主要適用于束光源為激光振蕩器以及聚焦透鏡、光楔和偏轉(zhuǎn)鏡為光學(xué)元件。
業(yè)已證明，采用摻釹釔鋁石榴石激光器是有優(yōu)點(diǎn)的，這種激光器的輸出波長介于0.6和1.1微米之間，所以可用透射材料作透鏡即透明鏡。其他激光器往往具有較大的波長，因而不能用透鏡工作，不能保證緊湊的結(jié)構(gòu)來在不可達(dá)的車身部件上實(shí)現(xiàn)貼角焊接。二氧化碳激光器的輸出波長為10.6微米，即產(chǎn)生的光束不可能通過玻璃纖維光纜或其他類似的光纜來傳輸。
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖表示

圖1 本發(fā)明焊接方法的透視示意圖；圖2 按本發(fā)明方法施焊的焊縫；圖3 按先有技術(shù)施焊的焊縫；圖4 噴完漆后圖2的鋼板和焊縫；圖5 噴完漆后圖3的鋼板和焊縫；圖6 焊接過程開始前的兩塊要焊接的鋼板；
圖7 本發(fā)明焊接裝置的示意圖。
圖6表示構(gòu)成一個(gè)平行接頭或搭接接頭的兩塊鋼板1和2。焊接光束沿箭頭所示方向?qū)?zhǔn)在第一塊鋼板1的表面和第二塊鋼板2的端面12之間形成的一個(gè)貼角3，上面鋼板即第二塊鋼板2的自由邊用參考號(hào)4表示。
在生產(chǎn)焊縫時(shí)，唯一的激光束沿圖6所示箭頭方向?qū)?zhǔn)貼角3，從而形成一條如圖1所示的焊縫5，這樣就留下一個(gè)如圖3示意圖所示的自由邊4。
當(dāng)圖3的焊縫噴涂一層漆時(shí)，漆層15受到漆的表面張力的影響或其他類似影響而形成圖5所示的不同的厚度。在自由邊4的范圍內(nèi)，漆層厚度明顯減少，從而在該處出現(xiàn)腐蝕問題。
如圖1所示，本發(fā)明提出第二激光束以短距離同步跟在第一激光束后面來對準(zhǔn)自由邊4，這樣就產(chǎn)生第二條焊縫6來使自由邊4倒圓。
圖2表示這樣焊成的工件輪廓。當(dāng)在這樣的工件上或這樣形成的焊縫上噴漆時(shí)，就能形成圖4所示的基本上厚度均勻的漆層，就這樣以很少的費(fèi)用保證和改進(jìn)了焊件的防腐蝕性能。
如圖1所示，產(chǎn)生焊縫5的第一激光束在焊接方向7位于產(chǎn)生焊縫6的第二激光束前面。但不論是兩個(gè)激光束同步通過工件上方，還是工件朝箭頭7所示焊接方向向前移動(dòng)，都是無關(guān)緊要的。
圖7表示本發(fā)明焊接裝置的示意圖。激光器20作為束光源產(chǎn)生一個(gè)激光束21(主光束)，該激光束發(fā)散傳播并通過第一會(huì)聚透鏡22接近于平行，平行光束25′入射到偏轉(zhuǎn)鏡23上，并通過第二會(huì)聚透鏡24在第一焦點(diǎn)聚焦，這樣產(chǎn)生第一激光束25″。透鏡可由多個(gè)透鏡組成。
按本發(fā)明設(shè)置的光楔19把通過第一會(huì)聚透鏡22的激光束的一部分偏轉(zhuǎn)，使產(chǎn)生的分光束26′在偏轉(zhuǎn)鏡23上反射后通過第二會(huì)聚透鏡24在第二焦點(diǎn)26聚焦。這樣就產(chǎn)生第二激光束26″。
這樣就形成了兩個(gè)焦點(diǎn)25和26，其中一個(gè)焦點(diǎn)位于形成焊縫的貼角上(第一焦點(diǎn)25)，而另一個(gè)焦點(diǎn)則對準(zhǔn)上面的鋼板2的自由邊4使自由邊倒圓(第二焦點(diǎn)26)。兩個(gè)焦點(diǎn)的優(yōu)選距離為0至10毫米。
如圖7示意圖所示，光楔19可在徑向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以便增大或減小變成第二分光束26′的主光束21的部分。
權(quán)利要求
1.用第一光束(25″)對準(zhǔn)在第一塊鋼板(1)的表面(11)和第二塊鋼板(2)的端面(12)之間構(gòu)成的一個(gè)貼角(3)的激光束焊接方法，其特征是，第二光束(26″)對準(zhǔn)第二塊鋼板(2)的自由邊(4)。
2.按權(quán)利要求1的激光束焊接方法，其特征是，第二光束(26″)以恒定的距離同步超前或落后于第一光束(25″)。
3.按權(quán)利要求2的激光束焊接方法，其特征是，作為分光束的第二光束也由產(chǎn)生第一光束的束光源(20)產(chǎn)生。
4.按前述任一權(quán)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.按權(quán)利要求4的激光束焊接方法，其特征是，激光束通過一個(gè)摻釹釔鋁石榴石激光器產(chǎn)生。
6.按前述任一權(quán)利要求的激光束焊接方法，其特征是，兩塊相互要連接的鋼板(1，2)相互構(gòu)成一個(gè)平行接頭。
7.按權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的激光束焊接方法，其特征是，兩塊相互要連接的鋼板(1，2)相互構(gòu)成一個(gè)搭接接頭。
8.按權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的激光束焊接方法，其特征是，兩塊相互要連接的鋼板(1，2)相互構(gòu)成一個(gè)傾斜接頭。
9.實(shí)施按權(quán)利要求1至8中一或多項(xiàng)的方法的焊接裝置，帶有一個(gè)束光源(20)和一個(gè)會(huì)聚透鏡(24)，其特征是，在束光源(20)和透鏡(24)之間設(shè)置有產(chǎn)生第二分光束的裝置(19)。
10.按權(quán)利要求9的焊接裝置，其特征是，在束光源(20)和要焊接的工件(30)之間設(shè)置有兩個(gè)透鏡(22、24)或透鏡系統(tǒng)，并在這兩個(gè)透鏡之間設(shè)置有一個(gè)產(chǎn)生第二分光束的裝置(19)。
11.按權(quán)利要求10的焊接裝置，其特征是，產(chǎn)生第二光束的裝置是一個(gè)光楔(19)。
12.按前述任一權(quán)利要求的焊接裝置，其特征是，設(shè)置有一個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡(23)。
13.按前述任一權(quán)利要求的焊接裝置，其特征是，束光源(20)為一個(gè)激光振蕩器，而透鏡(22，24)則為光學(xué)透鏡。
14.按權(quán)利要求13的焊接裝置，其特征是，激光振蕩器為一種摻釹釔鋁石榴石激光振蕩器。
15.按權(quán)利要求2和4的激光束焊接方法，其特征是，兩個(gè)焦點(diǎn)的距離介于0至10毫米之間。
16.板件、特別是用于汽車車身的車身構(gòu)件，其特征是，至少兩塊用薄鋼板深拉的構(gòu)件用一條按權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法生產(chǎn)的激光焊縫連接。
全文摘要
為了在兩塊相互焊接的薄鋼板的表面上噴涂均勻的漆層，本發(fā)明提出的一種激光束焊接方法用第一光束對準(zhǔn)在第一塊鋼板的表面和第二塊鋼板的端面之間形成的一個(gè)貼角，而用第二光束對準(zhǔn)第二塊鋼板的自由邊，使該自由邊倒圓。
文檔編號(hào)B23K26/24GK1156076SQ9611450
公開日1997年8月6日 申請日期1996年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月4日
發(fā)明者T·哈默, C·艾斯納 申請人:大眾汽車有限公司