CN107225325B - 放气阀及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种放气阀的焊接方法。焊接方法的步骤包括：清洗曲柄和阀盖轴；分别对曲柄和阀盖轴进行装夹，使曲柄和阀盖轴之间存在环形间隙；将CCD移动至与放气阀相应的第一预定位置；CCD对放气阀进行拍照，并输出阀盖轴的端面的圆心坐标的数据信息；根据数据信息将激光焊接头移动至第二预定位置，第二预定位置在放气阀上的投影位置位于环形间隙远离圆心坐标的一侧；以及激光焊接头依次沿起弧路径、焊接路径和收弧路径进行焊接；上述的放气阀的焊接方法的焊接过程中，从第二预定位置出发沿起弧路径、焊接路径和收弧路径移动，通过对焊接路径的控制避免了焊接路径重叠，可以有效地消除起弧处深度不够和搭铁处容易产生凝固热裂纹的现象。

Description

放气阀及其焊接方法
技术领域
本发明涉及激光焊接的技术领域，特别是涉及一种放气阀及其焊接方法。
背景技术
激光焊接因具有速度快、焊接深度大和变形小等优点而广泛应用于各行各业，尤其适用于一些精密部件及高质量焊接要求的产品。车用涡轮增压***中的放气阀是发动机的核心部件之一，其质量直接影响到整个涡轮增压器的性能和使用寿命。
一般放气阀由两种不同材质的零件焊接而成，其中一种为铸态的Inconel(Inconel，铬镍铁合金)713C材质，另外一种为不锈钢材质，两种材质的热性能和力学性能相差甚远。焊接时，由于Inconel 713C比其他镍基合金组织更加不均衡，且沉淀强化元素含量高，焊缝区域中容易产生热裂纹；此外，由于放气阀的待焊接的焊缝为环形区域，传统的焊接方法在焊接过程中存在重叠焊接的部位。在重叠焊接的部位会出现明显的晶粒长大和塑性下降的现象，加上重叠焊接的部位的拘束大，使焊缝的搭接处容易产生凝固热裂纹。
发明内容
基于此，有必要针对焊缝的搭接处容易产生凝固热裂纹的问题，提供一种放气阀及其焊接方法。
一种放气阀的焊接方法，所述放气阀包括曲柄和阀盖轴，所述焊接方法用于对所述曲柄和所述阀盖轴进行焊接，所述焊接方法的步骤包括：
清洗所述曲柄和所述阀盖轴；
分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹，使所述阀盖轴位于所述曲柄的容纳孔内，且所述曲柄和所述阀盖轴之间存在环形间隙；
将CCD移动至与所述放气阀相应的第一预定位置；
所述CCD对所述放气阀进行拍照，并输出所述阀盖轴的端面的圆心坐标的数据信息；
根据所述数据信息将激光焊接头移动至第二预定位置，所述第二预定位置在所述放气阀上的投影位置位于所述环形间隙远离所述圆心坐标的一侧；以及
所述激光焊接头依次沿起弧路径、焊接路径和收弧路径进行焊接；
其中，所述起弧路径为以所述第二预定位置为起点，且沿平行于所述第二预定位置在所述放气阀上的投影位置与所述圆心坐标之间的连线方向移动至第三预定位置，所述第三预定位置在所述放气阀上的投影位置与所述圆心坐标之间的距离小于所述阀盖轴的半径大小；所述焊接路径为以所述圆心坐标为圆心，所述距离为焊接路径的旋转半径，从所述第三预定位置旋转预定角度至第四预定位置；所述收弧路径为以所述第四预定位置为起点，且与所述焊接路径相切的曲线。
上述的放气阀的焊接方法，焊接时，首先分别清洗曲柄和阀盖轴，以去除曲柄和阀盖轴上的油污；其次分别对曲柄和阀盖轴进行装夹，使曲柄和阀盖轴之间存在环形间隙；然后将CCD移动至与放气阀相应的第一预定位置；然后CCD对放气阀进行拍照，采集放气阀的数据，计算并输出阀盖轴的端面的圆心坐标的数据信息；然后根据数据信息将激光焊接头移动至第二预定位置；最后激光焊接头依次沿起弧路径、焊接路径和收弧路径运动；上述的焊接方法的焊接过程中，通过CCD采集阀盖轴的圆心坐标的数据信息，根据数据信息将激光焊接头移动至第二预定位置，从第二预定位置出发且以圆心坐标为基准沿起弧路径、焊接路径和收弧路径移动，通过对焊接路径的控制避免了焊接路径重叠，可以有效地消除起弧处深度不够和焊缝的搭接处容易产生凝固热裂纹的现象。
在其中一个实施例中，所述CCD和所述激光焊接头均设于机床的动力输出端上，所述机床分别驱动所述CCD和所述激光焊接头运动，所述CCD与所述机床的控制端通信连接，以将CCD移动至与放气阀相应的第一预定位置。
在其中一个实施例中，利用圆环压扣固定所述曲柄，利用气缸夹具固定所述阀盖轴，以分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹。
在其中一个实施例中，所述环形间隙小于或等于0.05mm；
或，所述曲柄的待焊区域与所述阀盖轴的端面的距离小于或等于0.03mm，通过对曲柄与阀盖轴之间的安装的位置精度的控制，可以有效地保证激光焊接过程中的光束位置。
在其中一个实施例中，在分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹的步骤之前还包括：利用干燥的压缩空气分别吹洗所述曲柄和所述阀盖轴，使环形间隙区域清洗干净后保持干净。
在其中一个实施例中，在将CCD移动至与所述放气阀相应的第一预定位置的步骤之前还包括：将装夹好的所述放气阀通过自动滑台运送至第五预定位置。
在其中一个实施例中，所述第二预定位置在所述放气阀的投影位置与所述环形间隙之间的距离为1mm～3mm。
在其中一个实施例中，所述环形间隙的直径与所述焊接路径的直径的差值为0.1mm～0.3mm；
或，所述预定角度为355°～358°。
在其中一个实施例中，所述激光焊接头沿所述焊接路径的移动速度为0.4m/min～0.7m/min。
在其中一个实施例中，所述激光焊接头的激光焦点与所述激光焦点在所述放气阀上的投影点之间的距离的变化量小于0.1mm；
或，所述激光焊接头的离焦量为0～2mm。
附图说明
图1为放气阀的连接示意图；
图2为一实施例的放气阀的焊接方法的流程图；
图3为图1所示放气阀的曲柄的示意图；
图4为图1所示放气阀处于装夹状态的示意图；
图5为CCD和激光焊接头固定于机床的固定板的示意图；
图6为另一实施例的放气阀的焊接方法的流程图；
图7为激光焊接头沿起弧路径、焊接路径和收弧路径的示意图；
图8为又一实施例的放气阀的焊接方法的流程图；
图9为又一实施例的放气阀的焊接方法的流程图；及
图10为再一实施例的放气阀的焊接方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对放气阀的焊接方法进行更全面的描述。附图中给出了放气阀的焊接方法的首选实施例。但是，放气阀的焊接方法可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对放气阀的焊接方法的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在放气阀的焊接方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，放气阀10包括曲柄12、阀盖轴14和阀盖本体16，曲柄12与阀盖轴14的材质不同，且曲柄12与阀盖轴14之间通过焊接进行连接，阀盖轴14和阀盖本体16连接。一实施例的放气阀10的焊接方法用于对曲柄12和阀盖轴14进行焊接，使曲柄12与阀盖轴14组装为放气阀10。焊接方法的步骤包括：
如图2所示，S102，清洗曲柄12和阀盖轴14。
在曲柄12和阀盖轴14的装配之前，通过超声波清洗机用清洗液进行清洗，以去除焊缝区域内的油污或其他颗粒的异物。具体地，清洗液可以为酒精或有机溶剂。在其中一个实施例中，用超声波清洗机清洗的时间为10～20分钟。在本实施例中，用超声波清洗机清洗的时间为15分钟。
S105，分别对曲柄12和阀盖轴14进行装夹，使阀盖轴14位于曲柄12的容纳孔122内，且曲柄12和阀盖轴14之间存在环形间隙10a。
同时参见图3，在本实施例中，曲柄12上开设有容纳孔122。阀盖轴14位于容纳孔122内且与曲柄12之间存在环形间隙10a。在其中一个实施例中，阀盖轴14与曲柄12之间形成均匀的环形间隙10a，使阀盖轴14与曲柄12之间的焊缝较为均匀。
同时参见图4，在其中一个实施例中，利用圆环压扣30固定曲柄12，利用气缸夹具40固定阀盖轴14，以分别对曲柄12和阀盖轴14进行装夹。在本实施例中，圆环压扣30固定于曲柄12的端面上。气缸夹具40定位于阀盖轴14的侧壁上。在其中一个实施例中，圆环压扣30包括压扣本体32和多个凸起部34，压扣本体32分别与多个凸起部34连接。多个凸起部34沿压扣本体32的周向均匀分布。多个凸起部34均抵持于曲柄12的端面上，使圆环压扣30固定于曲柄12的端面上。在其中一个实施例中，压扣本体32和多个凸起部34一体成型而成。在其中一个实施例中，圆环压扣30固定于曲柄12上的压紧力大于或等于10Mpa。
在其中一个实施例中，环形间隙10a小于或等于0.05mm。在本实施例中，环形间隙10a等于0.05mm。在其中一个实施例中，曲柄12的待焊区域与阀盖轴14的端面的距离小于或等于0.03mm。通过对曲柄12与阀盖轴14之间的安装的位置精度的控制，有效地保证激光焊接过程中的光束位置。在本实施例中，曲柄12的待焊区域与阀盖轴14的端面的距离等于0.03mm。在其中一个实施例中，对曲柄12的待焊区域与阀盖轴14的待焊区域进行倒角。在其中一个实施例中，倒角大小小于或等于0.15mm。
S107，将CCD20(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)移动至与放气阀10相应的第一预定位置。
在本实施例中，第一预定位置为位于装夹后的放气阀10的正上方。如图5所示，在其中一个实施例中，CCD20和激光焊接头30均设于机床50的动力输出端上，机床50分别驱动CCD20和激光焊接头30运动。CCD20与机床50的数控***通信连接。机床50为精密机床，具有运行平稳的特点。CCD20和激光焊接头30均固定于机床50的动力输出端上，且CCD20和激光焊接头30同时随机床50的动力输出端移动。在其中一个实施例中，机床50的重复定位精度为±0.02mm。
在其中一个实施例中，机床50在小于或等于6m/min的速度沿直径大于或等于5mm的圆弧运动的圆误差小于或等于0.05mm。在其中一个实施例中，机床50包括驱动气缸(图未示)和固定板52，固定板52连接于驱动气缸的活塞杆上，驱动气缸带动固定板52运动。CCD20和激光焊接头30均固定于固定板52上，使CCD20和激光焊接头30同时随机床50的动力输出端移动。
S108，CCD20对放气阀10进行拍照，并输出阀盖轴14的端面的圆心坐标的数据信息。
在本实施例中，CCD20为高精度寻圆CCD。当CCD20通过机床50移动至与放气阀10相应的第一预定位置时，CCD20对放气阀10进行拍照，并利用九点标定法计算出阀盖轴14的端面的圆心坐标，同时输出圆心坐标的数据信息至机床50的数控***。具体的，CCD20通过可编程控制器将数据信息输送至数控***。在其中一个实施例中，CCD20的计算误差为±0.01mm。
S110，根据数据信息将激光焊接头30移动至第二预定位置，第二预定位置在放气阀10上的投影位置位于环形间隙远离圆心坐标的一侧。
在其中一个实施例中，第二预定位置在放气阀10的投影位置与环形间隙10a之间的距离为1mm～3mm。在本实施例中，第二预定位置在放气阀10的投影位置与环形间隙10a之间的距离为2mm。
如图6所示，在其中一个实施例中，根据数据信息将激光焊接头30移动至第二预定位置的步骤S110包括：
S110A，根据数据信息将激光焊接头30从第一预定位置移动至阀盖轴14的圆心坐标的上方的中间位置。中间位置与圆心坐标之间的距离等于第二预定位置与阀盖轴14之间的距离，即中间位置和第二预定位置相对于阀盖轴14的端面处于同一高度。
S110B，根据数据信息将激光焊接头30从中间位置移动至第二预定位置。
在其中一个实施例中，激光焊接头30沿焊接路径10c焊接的过程中与环形间隙的距离的变化量小于0.1mm。在其中一个实施例中，激光焊接头30的离焦量为0～2mm。在本实施例中，激光焊接头30的离焦量为1mm。
同时参见图7，S112，激光焊接头30依次沿起弧路径10b、焊接路径10c和收弧路径10d进行焊接。
其中，起弧路径10b为以第二预定位置为起点，且沿平行于第二预定位置在放气阀10上的投影位置与圆心坐标之间的连线方向移动至第三预定位置，第三预定位置在放气阀10上的投影位置与圆心坐标之间的距离小于阀盖轴14的半径大小。焊接路径10c为以圆心坐标为圆心，第三预定位置在放气阀10上的投影位置与圆心坐标之间的距离为焊接路径的旋转半径，从第三预定位置旋转预定角度至第四预定位置。收弧路径10d为以第四预定位置为起点，且与焊接路径10c相切的曲线。
在本实施例中，激光焊接头30的焊接线路包括起弧路径10b、焊接路径10c和收弧路径10d。起弧路径10b为直线轨迹。焊接路径10c和收弧路径10d均为弧形轨迹。实际的焊接路径10c与理想的焊接路径10c之间可以存在偏差值r。在其中一个实施例中，实际的焊接路径10c与理想的焊接路径10c的偏差值r小于0.02mm。
在其中一个实施例中，激光焊接头30焊接过程中使用的保护气体为氮气或氦气或氖气或其他惰性气体。在本实施例中，激光焊接头30焊接过程中使用的气体为氮气。在其中一个实施例中，保护气体的气流量为8～12L/min。在本实施例中，保护气体的气流量为10L/min。在其中一个实施例中，保护气体呈45°吹至激光焊接头30产生聚光光斑上。
在其中一个实施例中，激光焊接头30的功率的波动范围小于10W。在其中一个实施例中，激光焊接头30在保证熔深的前提下沿焊接路径10c的移动速度为0.4m/min～0.7m/min。具体地，激光焊接头30沿焊接路径10c的移动速度为0.5m/min。在其中一个实施例中，机床50的驱动激光焊接头30的在焊接时的速度变化量小于或等于0.2m/min。
在其中一个实施例中，环形间隙10a的直径与焊接路径10c的直径的差值为0.1mm～0.3mm。在本实施例中，环形间隙10a的直径与焊接路径10c的直径的差值为0.2mm。在其中一个实施例中，预定角度为355°～358°。在本实施例中，预定角度为357°。具体地，焊接路径10c为以圆心坐标为圆心，第三预定位置在放气阀10上的投影位置与圆心坐标之间的距离为半径，从第三预定位置旋转357°至第四预定位置。在其中一个实施例中，当激光焊接头30沿收弧路径10d运动时，激光焊接头30的激光功率不断减小，最终减小至0。
如图8所示，在其中一个实施例中，在分别对曲柄12和阀盖轴14进行装夹的步骤S105之前还包括：S104，利用干燥的压缩空气分别吹洗曲柄12和阀盖轴14，使环形间隙10a区域清洗干净后保持干净。
如图9所示，在其中一个实施例中，在利用干燥的压缩空气分别吹洗曲柄12和阀盖轴14的步骤S104之前还包括：S103，分别擦拭曲柄12和阀盖轴14，对清洗后的环形间隙10a进一步擦拭，使待焊接的环形间隙10a更干净。
如图10所示，在其中一个实施例中，在将CCD20移动至与放气阀10相应的第一预定位置的步骤S107之前还包括：S106，将装夹好的放气阀10通过自动滑台运送至第五预定位置。
在本实施例中，自动滑台具有运送平稳、重复定位精度高的特点。自动滑台将装夹好的放气阀10运送至待焊接的第五预定位置处。在其中一个实施例中，自动滑台的重复定位精度为±0.04mm。
上述的放气阀10的焊接方法，焊接时，首先分别清洗曲柄12和阀盖轴14，以去除曲柄12和阀盖轴14上的油污；其次分别对曲柄12和阀盖轴14进行装夹，使曲柄12和阀盖轴14之间存在环形间隙10a；然后将CCD20移动至与放气阀10相应的第一预定位置；然后CCD20对放气阀10进行拍照，采集放气阀10的数据，计算并输出阀盖轴14的端面的圆心坐标的数据信息；然后根据数据信息将激光焊接头30移动至第二预定位置；最后激光焊接头30依次沿起弧路径10b、焊接路径10c和收弧路径10d运动。上述的焊接方法的焊接过程中，通过CCD20采集阀盖轴14的圆心坐标的数据信息，根据数据信息将激光焊接头30移动至第二预定位置，从第二预定位置出发且以圆心坐标为基准沿起弧路径10b、焊接路径10c和收弧路径10d移动，通过对焊接路径的控制避免了焊接路径重叠，可以有效地消除起弧处深度不够和焊缝的搭接处容易产生凝固热裂纹的现象。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种放气阀的焊接方法，所述放气阀包括曲柄和阀盖轴，所述焊接方法用于对所述曲柄和所述阀盖轴进行焊接，其特征在于，所述焊接方法的步骤包括：
清洗所述曲柄和所述阀盖轴；
分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹，使所述阀盖轴位于所述曲柄的容纳孔内，且所述曲柄和所述阀盖轴之间存在环形间隙；
将CCD移动至与所述放气阀相应的第一预定位置；
所述CCD对所述放气阀进行拍照，并输出所述阀盖轴的端面的圆心坐标的数据信息；
根据所述数据信息将激光焊接头移动至第二预定位置，所述第二预定位置在所述放气阀上的投影位置位于所述环形间隙远离所述圆心坐标的一侧；以及
所述激光焊接头依次沿起弧路径、焊接路径和收弧路径进行焊接；
其中，所述起弧路径为以所述第二预定位置为起点，且沿平行于所述第二预定位置在所述放气阀上的投影位置与所述圆心坐标之间的连线方向移动至第三预定位置，所述第三预定位置在所述放气阀上的投影位置与所述圆心坐标之间的距离小于所述阀盖轴的半径大小；所述焊接路径为以所述圆心坐标为圆心，所述距离为焊接路径的旋转半径，从所述第三预定位置旋转预定角度至第四预定位置；所述收弧路径为以所述第四预定位置为起点，且与所述焊接路径相切的曲线；所述预定角度为355°～358°。
2.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述CCD和所述激光焊接头均设于机床的动力输出端上，所述机床分别驱动所述CCD和所述激光焊接头运动；所述CCD与所述机床的控制端通信连接。
3.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，利用圆环压扣固定所述曲柄，利用气缸夹具固定所述阀盖轴，以分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹。
4.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述环形间隙小于或等于0.05mm；
或，所述曲柄的待焊区域与所述阀盖轴的端面的距离小于或等于0.03mm。
5.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，在分别对所述曲柄和所述阀盖轴进行装夹的步骤之前还包括：利用干燥的压缩空气分别吹洗所述曲柄和所述阀盖轴。
6.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，在将CCD移动至与所述放气阀相应的第一预定位置的步骤之前还包括：将装夹好的所述放气阀通过自动滑台运送至第五预定位置。
7.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述第二预定位置在所述放气阀的投影位置与所述环形间隙之间的距离为1mm～3mm。
8.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述环形间隙的直径与所述焊接路径的直径的差值为0.1mm～0.3mm。
9.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述激光焊接头沿所述焊接路径的移动速度为0.4m/min～0.7m/min。
10.根据权利要求1所述的放气阀的焊接方法，其特征在于，所述激光焊接头的激光焦点与所述激光焦点在所述放气阀上的投影点之间的距离的变化量小于0.1mm；
或，所述激光焊接头的离焦量为0～2mm。
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