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一种减少激光深熔焊 焊缝气孔数量的焊接方法

阅读：558发布：2023-03-07

专利汇可以提供一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，综合应用了高速、离焦、偏入射角、扫描、控气流量等技术，在使焊缝表面成形良好、焊接飞溅较少、焊缝熔深基本均匀的前提下，将1.5～2.4mm熔深范围内的气孔数量减少到了满足Q/RJ71-2000 I级要求的水平，将我所激光焊质量达标的可焊熔深上限提高了60％左右，解决了高压阀门和推力室的高熔深激光焊难题。，下面是一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将待焊试件的待焊面进行除油、酸洗及烘干；
S2、将待焊件装配并固定在夹具上，校调焊缝的间隙、错边和圆跳动；
S3、采用激光点焊方法对焊缝处进行均匀固定；
S4、编辑激光焊机中的焊接主程序，输入待焊试件的焊缝直径、试件旋转方向、升功率角度、恒定功率角度、降功率角度数值；
S5、先使用遥控器将激光加工头移动到待焊试件正上方，并确认屏幕中的十字叉线对准了焊缝中线；再使用遥控器将激光加工头向Y轴的某方向移动一定量，达到偏入射角的目的；
S6、先使用辅助对焦装置将加工头高度确定在实焦状态，记录此时的Z轴绝对坐标数值；再使用遥控器将激光加工头向Z轴的某方向移动一定量，达到虚焦的目的；
S7、将保护气喷嘴设置为某种吹送模式，且使喷嘴口距离焊缝表面一定距离；
S8、编辑激光焊机中的焊接副程序，输入能量模式、激光功率、焊接速度、扫描幅度、扫描频率、气体流量、提前通气时间、滞后通气时间数值，达到高速、扫描、控气流量的目的。
2.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中的酸洗工步仅针对钛合金适用，按以下步骤完成：按每升水溶液中含有20gHF和
125gHNO3的比例配置酸洗液，然后将待焊件浸没于酸洗液中0.5～5min，取出，用蒸馏水冲洗干净；除油和烘干工步针对所有材料适用。
3.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S2中的焊缝的间隙、错边和圆跳动分别不大于0.05、0.1、0.1mm。
4.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S3中的每两个焊点之间相隔45～90゜。
5.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S4中的试件旋转方向为负方向、升功率角度为15～30゜、恒定功率角度为370～390゜、降功率角度为30～45゜。
6.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S5中的Y轴是向负方向移动半径*sin10゜。
7.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S6中的Z轴是向正方向移动3.5～4mm。
8.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S7中的吹送模式为旁轴后吹，喷嘴口距焊缝表面3～4mm。
9.根据权利要求1所述一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，其特征在于：所述步骤S8中的能量模式为连续、激光功率为2000～2300W、焊接速度为2.4～3.6m/min、扫描幅度为0.2～0.3mm、扫描频率为40～50Hz、气体流量为10～15L/min、提前通气时间为3～
5s、滞后通气时间为3～5s。

说明书全文

一种减少激光深熔焊 焊缝气孔数量的焊接方法

技术领域

[0001] 本发明属于激光焊领域，具体涉及一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法。

背景技术

[0002] 随着大推力技术的快速发展，当前的空间推进系统的发动机组件中高熔深的焊接需求越来越多。由于部分含磁产品无法进行电子束焊，且相较于激光焊来说，真空电子束焊的成本高且效率低，因此激光深熔焊的重要性日益凸显。

[0003] 根据生产实践总结和前人科研成果可知，气孔是激光深熔焊接头中最普遍存在的缺陷，在满足Q/RJ71-2000I级焊缝质量要求的前提下，此前本单位激光焊技术的熔深上限为1.5mm左右，无法满足相关高压阀门和推力室的焊接需求，因此亟需将气孔达标熔深上限进行提高。

[0004] 由于气孔状况与深熔焊特有的匙孔现象息息相关，而匙孔的动态行为又被焊接速度、离焦量、光束质量等多种因素影响，因此本文从上述工艺因素出发开展研究，以求探明各类参数对气孔特性的定量化影响规律，从而为抑制气孔的工艺优化需求提供思路，进而提高实际产品结构设计的能力上限。

发明内容

[0005] 为了解决空间发动机所属组件激光深熔焊时经常出现的焊缝内部气孔数量超标的问题；本发明提供了一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，焊接对象为钢、钛合金、高温合金和磁性合金；综合应用了高速焊、离焦焊、偏入射焊、扫描焊、控制气流量等技术。

[0006] 本发明通过以下技术方案实现：

[0007] 一种减少激光深熔焊焊缝气孔数量的焊接方法，包括如下步骤：

[0008] S1、将待焊试件的待焊面周边进行除油、酸洗及烘干，其中，酸洗工步仅针对钛合金适用，按以下步骤完成：按每升水溶液中含有20gHF和125gHNO3的比例配置酸洗液，然后将待焊件浸没于酸洗液中0.5～5min，取出，用蒸馏水冲洗干净；

[0009] S2、将待焊试件装配并固定在焊机的卡盘上，并保证对接面间隙不大于0.05mm、对接面错边不大于0.1mm。转动焊机的卡盘并对待焊试件的焊缝圆周校调，保证圆跳动量不大于0.1mm。

[0010] S3、采用激光点焊的方法对待焊接缝处进行固定，具体为每两个焊点间隔45～90度，总共有4～8个焊点均匀分布。

[0011] S4、编辑激光焊机中的焊接主程序，输入待焊试件的焊缝直径、试件旋转方向(一般为负方向)、升功率角度(一般为15～30°)、恒定功率角度(一般为370～390°)、降功率角度(一般为30～45°)等数值。

[0012] S5、使用遥控器将激光加工头移动到待焊试件正上方，并确认屏幕中的十字叉线对准了焊缝中线。

[0013] S6、使用遥控器将激光加工头向Y轴的负方向移动(半径*sin10°)，达到偏入射角的目的。

[0014] S7、使用辅助对焦装置将加工头高度确定在实焦状态，记录此时的Z轴绝对坐标数值。

[0015] S8、使用遥控器将激光加工头向Z轴的正方向移动3.5～4.5mm，达到虚焦的目的。

[0016] S9、将保护气喷嘴设置为旁轴后向吹送模式，且使喷嘴口距离焊缝表面3～4mm。

[0017] S10、编辑激光焊机中的焊接副程序，输入能量模式(脉冲或连续)、激光功率(2000～2300W)、焊接速度(2.4～3.6m/min)、扫描幅度(0.2～0.3mm)、扫描频率(40～50Hz)、气体流量(10～15L/min)、提前通气时间(3～5s)、滞后通气时间(3～5s)等数值，达到高速、扫描、控气流量的目的。

[0018] S11、关闭焊机舱门并运行程序进行焊接，焊后待废气抽净后再打开舱门取出试件。

[0019] S12、将焊后试件送交X射线或CT进行无损检测，并在所得的图像中计量气孔的尺寸和数量。

[0020] 上述技术方案中，综合应用了高速、离焦、偏入射角、扫描、控气流量等技术，在使焊缝表面成形良好、焊接飞溅较少、焊缝熔深基本均匀的前提下，将1.5～2.4mm熔深范围内的气孔数量减少到了满足Q/RJ71-2000I级要求的水平，将我所激光焊质量达标的可焊熔深上限提高了60％左右，解决了高压阀门和推力室的高熔深激光焊难题。附图说明

[0021] 图1本发明实施例中待焊试件的示意图。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0023] 两部分环形试件采用平头对接方式进行激光焊接，母材牌号为1Cr18Ni9Ti(也可全改用TC4或GH3128或Cr17NiTi)，焊缝直径为40mm，焊缝壁厚4mm。

[0024] 本实施方式按以下步骤实现：

[0025] S1、将待焊试件的待焊面周边进行除油(有机物)及烘干(80℃/1h)。

[0026] S2、将待焊试件按附图1的形式装配并固定在焊机的卡盘上，并保证对接面间隙≤0.05mm(实测0.02)、对接面错边≤0.1mm(实测0.04)。转动焊机的卡盘并对待焊试件的焊缝圆周校调，保证圆跳动量不大于0.1mm(实测0.05)。

[0027] S3、采用激光点焊的方法对待焊接缝处进行固定，具体为每两个焊点间隔45度，总共有8个焊点均匀分布。

[0028] S4、编辑激光焊机中的焊接主程序，输入待焊试件的焊缝直径(40mm)、试件旋转方向(负方向)、升功率角度(30°)、恒定功率角度(390°)、降功率角度(30°)等数值。

[0029] S5、使用遥控器将激光加工头移动到待焊试件正上方，并确认屏幕中的十字叉线对准了焊缝中线。

[0030] S6、使用遥控器将激光加工头向着Y轴的负方向移动(20*sin10°＝3.47mm)。

[0031] S7、使用辅助对焦装置将加工头高度确定在实焦状态，记录此时的Z轴绝对坐标数值。

[0032] S8、使用遥控器将激光加工头向Z轴的正方向移动4mm。

[0033] S9、将保护气喷嘴设置为旁轴后向吹送模式，且使喷嘴口距离焊缝表面4mm。

[0034] S10、编辑激光焊机中的焊接副程序，输入能量模式(连续)、激光功率(2300W)、焊接速度(3m/min)、扫描幅度(0.2mm)、扫描频率(50Hz)、气体流量(15L/min)、提前通气时间(3s)、滞后通气时间(5s)等数值。

[0035] S11、关闭焊机舱门并运行程序进行焊接，焊后待废气抽净后打开舱门取出试件。

[0036] S12、将焊后试件送交X射线进行无损检测，并在底片中计量气孔的尺寸和数量(实测熔深2.4mm/气孔率2.89％，满足标准I级≤3％的要求)。

[0037] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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