[发明专利]混合式激光器与电阻焊接系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接系统，并且更特别地涉及一种熔焊系统，该熔焊系统包括加热单元和焊接设备，用于组合加热和焊接。

背景技术

材料连接和处理的方法是工业发展的必要条件。如此，熔焊系统已被改善用于连接多组件的工件。一个这样的系统，激光点和焊缝焊接利用在连接时的激光热能，而且该系统例如在汽车工业中被普遍使用。

与对应的电阻焊接技术相比，这些传统的系统被一般用于提供更快的焊接速度以及产生更准确和更精密的焊缝。与激光器匹配的功率、材料成分以及工件的初始状态直接与焊缝深度对宽度的深宽比成比例。换句话说，激光越强并且光束越聚焦，热能密度就越大。然而，虽然这些好处有助于最小化工件所经受的应力，但是它们表现出其他问题。例如，这些系统一般受限于在焊缝中对公差、孔隙率形成、不良的焊缝金属填充量(gap bridgeability)以及热裂纹的严格要求。进一步的问题是与大功率激光器(也就是具有功率输出大于4kW的激光器)有关的较高成本，这不单独是增大的输入能量需求的结果。

这些系统可能也表现出构造问题，其中大功率激光器被利用来产生熔焊焊缝。与焊缝形成的速度有关的温度从初始室温到大于材料的熔化范围的快速变化导致由夹气形成的孔和在较窄焊缝内的裂纹的产生。孔和裂纹的形成进一步减小了焊缝的结构完整性。

已经研发了其他焊接系统，例如传统的混合式激光-电弧系统，其特征在于同时应用从激光辐射和电弧产生的热。与传统的激光焊接一样，这些混合式系统通常需要大功率激光输出以用于组合焊接，并因此在组合焊接时遇到相同的问题。

因此，在该技术中需要改进的激光焊接系统，使得由于大功率激光焊接而产生的成本和构造无效性的可能性减到最小。

发明内容

对应于由传统的激光焊接系统造成的这些或其他问题，本发明提供一种改进的系统，用于减少成本和与该系统相关的结构无效性。本发明提供一种焊接工件的方法，该方法使用多个源来顺序地预热和焊接。在其他方面中，本发明还可用于用加热单元大致地预热工件，以增加小功率激光焊接的适用性。

更特别地，本发明的第一个方面涉及用于焊接多个工件的系统。该系统优选地包括第一和第二电极轮以及激光器，该激光器被配置为接合并进一步加热第一部分。该轮被优选地配置为配合地使工件的第一部分预热到一温度，该温度至少等于第一部分的熔化范围的预定百分比。轮和激光器相对于工件优选是可转移的，并且被配合地配置为在多个工件之间形成连续的焊缝。

本发明的第二个方面涉及一种增大激光焊接多个工件的效率的方法。该方法优选地包括下述步骤：使用加热单元使工件的一部分预热到一最小温度；进一步用激光束加热该部分，直到该第一部分熔化；以及使该部分冷却到小于熔化范围的温度，以便允许该部分再凝固并形成焊缝。

本发明的其他方面和优点从下述优选的实施例和附图图示的详细描述中将是显而易见的。

附图说明

参照所附的附图图示，下面对本发明的一个优选实施例进行详细地描述，其中：

图1是根据本发明的优选实施例的呈交叠配置的多个工件及焊接系统的横截面图，特别图示出点焊系统；

图2是根据本发明的优选实施例的呈交叠配置的多个工件及焊接系统的透视图，特别图示出了可转移的系统；

图3是根据本发明的优选实施例的工件及可转移的系统的顶视图；以及

图4是图3所示的工件和系统沿A-A线截取的横截面图。

具体实施方式

本发明涉及一种改进的用于焊接多个(也就是两个或更多个)交叠相邻工件，例如汽车金属板和发动机支架部件的熔焊系统10，以产生焊缝12。在图1至4所示的有图示说明的实施例中，示出了相等厚度的两个工件14、16；然而，系统10可被利用来焊接更多个具有可变厚度的结构零件。工件可由各种各样的材料形成，这些材料包括铁合金、铝合金、镁合金、钛和钼。如图1所示，被定位的工件14、16具有至少一个部分地限定出外缘并暴露于系统10的最外表面18。为了便于进入，系统10优选地采用单面加工，其在于：该系统仅仅沿着表面18接合工件14、16。在这种配置中，工件14、16在相对的侧面上被支持板或夹具(未示出)支撑。虽然在这里是相对于工件进行描述，但在本发明的范围之内，系统10也可能被用在其他需要修理或焊接的方面，例如修补现有的结构。