CN109454330A - 环缝锁底接头及其制造焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环缝锁底接头及其制造焊接方法，所述方法主要包括接头设计步骤、部件制备步骤、焊接准备步骤、装配点焊步骤以及正式焊接步骤。接头设计重点针对锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题，在锁底件上设计了凹槽，凹槽在结构上实现了激光焊接的穿透状态，可以解决气孔问题。为了减轻凹槽带来的封闭腔内气体在焊接受热膨胀时，扰动激光焊接小孔和熔池而影响焊接稳定性，在锁底件上设计了沟槽，沟槽可以连通封闭腔和外界，在激光焊接受热膨胀和冷却收缩时，腔内气体根外界自由“呼吸”流通，腔内气压稳定，从而避免扰动激光焊接熔池和小孔。

Description

环缝锁底接头及其制造焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体地，涉及一种环缝锁底接头及其制造焊接方法。

背景技术

锁底接头由于不穿透焊接的工艺特点，其内壁光滑，而且内壁温度热循环的最高温度低于内壁材料熔点，特别适合带充填物的封闭结构的焊接接头设计。如某型号的侧向力固体火箭发动机不锈钢燃烧室壳体，就采用了锁底接头设计，并通过焊接成形。另外，对于大尺寸薄壁件的环缝对接，锁底接头也更容易实现可靠的装配与定位，如某钛合金环形贮箱的筒段与端框的连接采用锁底接头设计，并通过焊接成形。

锁底接头通常采用电弧焊接工艺，但会导致三个方面的问题，一是焊接变形大，而产品的封装焊接不适合校形，只能降低设计精度要求；二是热输入大，内壁热循环的高温停留时间长，而且往往一条焊缝分多道焊接，长时间的高温对内部的装填物的安全性和稳定性是不利的；三是对于焊缝的保护区域和难度都较大，尤其是尺寸较大的空间结构钛合金结构件。

激光焊接作为一种优质、精密、高效的焊接方法，不仅能量密度高、焊接热输入小，一次焊接熔深大且焊接速度快，可以有效解决上述电弧焊接存在的问题。

激光焊接分热导焊和深熔焊两种模式，其中，深熔焊发生了材料熔化、气化和等离子化，并有小孔效应，焊缝深宽比大，是激光焊接工业应用的主要方法。但激光深熔焊接模式对于锁底接头的适应性较差，由于不穿透的状态且熔深较大、焊接速度快，激光焊接的小孔底部气泡来不及溢出到熔池表面而形成气孔，影响焊缝内部质量。

因此，提供一种新型的环缝锁底接头及其制造焊接方法具有很高的必要性和现实意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种环缝锁底接头及其制造焊接方法。

根据本发明提供的一种环缝锁底接头，包括凹槽；所述凹槽设置在锁底件的第一位置；所述第一位置为第一贴合面和第二贴合面连接处；所述第一贴合面和第二贴合面为锁底件和被锁底件相连形成的两个平面。

优选地，所述凹槽向锁底件内部延伸，凹槽的一边边界位于第一贴合面的内侧。

优选地，锁底件的第二位置处设置有沟槽；所述第二位置为第二贴合面所处的位置。

优选地，多个所述沟槽均匀设置在第二位置处，并连通凹槽和被锁底件内腔。

优选地，所述沟槽包括Z形沟槽和/或S形沟槽。

根据本发明提供的一种环缝锁底接头制造焊接方法，包括：

接头设计步骤：在锁底件的第一贴合面和第二贴合面连接处设置凹槽作为设计方案；

部件制备步骤：根据接头设计步骤的设计方案制备锁底件和被锁底件；

焊接准备步骤：对锁底件和被锁底件进行预处理；

装配点焊步骤：将锁底件和被锁底件配合，并一起装配至水平旋转变位装置上，使锁底件和被锁底件同轴并处于水平状态；采用激光点焊工艺在第一贴合面所在的位置，竖直向下进行点焊，其中竖直向下是指使激光束的轴线平行第一贴合面并与锁底件的轴线相交；

正式焊接步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合；

其中，所述第一贴合面和第二贴合面为锁底件和被锁底件相连形成的两个平面；所述预处理包括清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。

优选地，所述接头设计步骤中，设计方案还包括设置在锁底件的第二位置处的沟槽；所述第二位置为第二贴合面所处的位置；所述沟槽包括Z形沟槽和/或S形沟槽；多个所述沟槽均匀设置在第二位置处，并连通凹槽和被锁底件内腔。

优选地，所述装配点焊步骤中，激光点焊工艺参数为：

激光功率：100W～2000W；

焊接速度：0m/min～5m/min，不包括0m/min；

离焦量：-5mm～+10mm。

优选地，所述正式焊接步骤中，激光焊接工艺参数为：

激光功率：100W～20000W；

焊接速度：0m/min～10m/min，不包括0m/min；

离焦量：-10mm～+20mm。

优选地，所述正式焊接步骤中，采用立向上焊接工位，其中立向上焊接工位是指使激光束的轴线处于水平状态且与锁底件轴线相交的焊接工位。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的环缝锁底接头，通过在锁底件上的第一贴合面和第二贴合面的夹角处设计凹槽结构，相当于在焊缝背面创造了一定的自由空间，在结构上实现了激光焊接的穿透状态，这样激光焊接的小孔底部可以处于自由状态，不会出现需要向上溢出的气泡，从而可以解决气孔问题；

2、本发明提供的环缝锁底接头，设计上使凹槽的左边边界位于第一贴合面的左侧，这样可以进一步的增加对接焊接的两边热容量的对称性，并提高焊缝成形的均匀性；

3、本发明提供的环缝锁底接头，通过在锁底件的贴合面B上设计沟槽，沟槽可以连通封闭腔和外界(被锁底件的内腔)，激光焊接过程中，墙体内的气体虽然还会发生受热膨胀和冷却收缩，但由于沟槽的存在，腔内气体根外界可以循环流通，受热则对外“呼”，冷却则对外“吸”，类似于一个“循环的呼吸”过程，从而保持腔内气压稳定，消除气压变化对激光焊接熔池和小孔的扰动，从而解决气孔问题。沟槽采用迂回的结构形式，可以起到两个方面的作用，一是降低从凹槽内部受热膨胀的而喷出到外界的气体温度；二是减少可能的金属蒸汽喷出到外界；

4、本发明提供的环缝锁底接头制造焊接方法，通过采用激光焊接工艺替代电弧焊接工艺，可以减小焊接变形，提高封装焊接产品的制造精度；同时，减少内壁热循环的高温停留时间，降低高温对内部装填物的安全性和稳定性的不利影响。

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为本发明提供的环缝锁底接头的优选例结构示意图；

图2为本发明提供的环缝锁底接头的优选例中立向上焊接姿态示意图；

图3为本发明提供的环缝锁底接头制造焊接方法的流程示意图。

图中示出：

第一贴合面1

第二贴合面2

凹槽3

沟槽4

锁底件5

被锁底件6

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种环缝锁底接头，包括凹槽3；所述凹槽3设置在锁底件5的第一位置；所述第一位置为第一贴合面1和第二贴合面2连接处；所述第一贴合面1和第二贴合面2为锁底件5和被锁底件6相连形成的两个平面。

优选地，所述凹槽3向锁底件5内部延伸，凹槽3的一边边界位于第一贴合面1的内侧。锁底件5的第二位置处设置有沟槽4；所述第二位置为第二贴合面2所处的位置。多个所述沟槽4均匀设置在第二位置处，并连通凹槽3和被锁底件6内腔。所述沟槽4包括Z形沟槽和/或S形沟槽。

根据本发明提供的一种环缝锁底接头制造焊接方法，利用上述的环缝锁底接头，包括：

接头设计步骤：在锁底件5的第一贴合面1和第二贴合面2连接处设置凹槽3作为设计方案；

部件制备步骤：根据接头设计步骤的设计方案制备锁底件5和被锁底件6；

焊接准备步骤：对锁底件5和被锁底件6进行预处理；

装配点焊步骤：将锁底件5和被锁底件6配合，并一起装配至水平旋转变位装置上，使锁底件5和被锁底件6同轴并处于水平状态；采用激光点焊工艺在第一贴合面1所在的位置，竖直向下进行点焊，其中竖直向下是指使激光束的轴线平行第一贴合面1并与锁底件5的轴线相交；

正式焊接步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面1熔合；

其中，所述第一贴合面1和第二贴合面2为锁底件5和被锁底件6相连形成的两个平面；所述预处理包括清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。

具体地，所述接头设计步骤中，设计方案还包括设置在锁底件5的第二位置处的沟槽4；所述第二位置为第二贴合面2所处的位置；所述沟槽4包括Z形沟槽和/或S形沟槽；多个所述沟槽4均匀设置在第二位置处，并连通凹槽3和被锁底件6内腔。

所述装配点焊步骤中，激光点焊工艺参数为：

激光功率：100W～2000W；

焊接速度：0m/min～5m/min，不包括0m/min；

离焦量：-5mm～+10mm。

所述正式焊接步骤中，激光焊接工艺参数为：

激光功率：100W～20000W；

焊接速度：0m/min～10m/min，不包括0m/min；

离焦量：-10mm～+20mm。

所述正式焊接步骤中，采用立向上焊接工位，其中立向上焊接工位是指使激光束的轴线处于水平状态且与锁底件5轴线相交的焊接工位。

进一步地，本发明的设计思路如下：

接头设计的重点是针对锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题，在锁底件5上的第一贴合面1和第二贴合面2的夹角处，设计了凹槽3。凹槽虽然改变了激光焊接状态，实现了穿透焊接状态，但锁底件5和被锁底件6装配后，凹槽3会形成封闭腔。当凹槽3尺寸太小，或者锁底件5和被锁底件6过渡配合尤其是过盈配合时，激光焊接过程中，由于腔内气体在焊接受热时会剧烈膨胀，封闭腔内高压气体会扰动激光焊接小孔和熔池，影响激光焊接小孔和熔池稳定性，从而导致焊缝出现气孔问题。为了解决封闭腔带来的问题，在锁底件5的第二贴合面2上又设计了沟槽4，用于联通凹槽3和外界，或者说是被锁底件6的内腔。

更进一步地，本发明的优选例，主要包括如下步骤：

(1)接头设计：对接面厚度为5mm的环缝锁底接头，在锁底件5的第一贴合面1和第二贴合面2的夹角处设置凹槽3，凹槽3往左侧深入0.5mm，往右2mm，往下1mm。另外，在第二贴合面2上设计8个沟槽4，每隔45°均匀分布一个，沟槽4横截面可以为半径R1mm的半圆形，沟槽4为“Z”形，拐弯部位为R1mm圆弧。

(2)部件制备：采用机加工工艺制备出锁底件5和被锁底件6；其中，凹槽3和沟槽4采用球头铣刀进行铣削加工。

(3)清理：酸洗锁底件5和被锁底件6并烘干，如果油污过重，可用刷子对凹槽3和沟槽4进行刷洗。

(4)装配与点焊：将锁底件5和被锁底件6配合后，一起装配到水平旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺在第一贴合面1位置，竖直向下进行点焊；激光点焊工艺主要参数为：激光功率1000W，焊接速度为1m/min，离焦量为-1mm。

(5)焊接：采用激光焊接工艺，调整激光焊接头处于水平，相对工件处于立向上焊接的姿态；激光焊接工艺主要参数为：激光功率4000W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为-1mm。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种环缝锁底接头，其特征在于，包括凹槽(3)；所述凹槽(3)设置在锁底件(5)的第一位置；所述第一位置为第一贴合面(1)和第二贴合面(2)连接处；所述第一贴合面(1)和第二贴合面(2)为锁底件(5)和被锁底件(6)相连形成的两个平面。

2.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述凹槽(3)向锁底件(5)内部延伸，凹槽(3)的一边边界位于第一贴合面(1)的内侧。

3.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，锁底件(5)的第二位置处设置有沟槽(4)；所述第二位置为第二贴合面(2)所处的位置。

4.根据权利要求3所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，多个所述沟槽(4)均匀设置在第二位置处，并连通凹槽(3)和被锁底件(6)内腔。

5.根据权利要求3或4所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述沟槽(4)包括Z形沟槽和/或S形沟槽。

6.一种环缝锁底接头制造焊接方法，其特征在于，包括：

接头设计步骤：在锁底件(5)的第一贴合面(1)和第二贴合面(2)连接处设置凹槽(3)作为设计方案；

部件制备步骤：根据接头设计步骤的设计方案制备锁底件(5)和被锁底件(6)；

焊接准备步骤：对锁底件(5)和被锁底件(6)进行预处理；

装配点焊步骤：将锁底件(5)和被锁底件(6)配合，并一起装配至水平旋转变位装置上，使锁底件(5)和被锁底件(6)同轴并处于水平状态；采用激光点焊工艺在第一贴合面(1)所在的位置，竖直向下进行点焊，其中竖直向下是指使激光束的轴线平行第一贴合面(1)并与锁底件(5)的轴线相交；

正式焊接步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面(1)熔合；

其中，所述第一贴合面(1)和第二贴合面(2)为锁底件(5)和被锁底件(6)相连形成的两个平面；所述预处理包括清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。

7.根据权利要求6所述的环缝锁底接头制造焊接方法，其特征在于，所述接头设计步骤中，设计方案还包括设置在锁底件(5)的第二位置处的沟槽(4)；所述第二位置为第二贴合面(2)所处的位置；所述沟槽(4)包括Z形沟槽和/或S形沟槽；多个所述沟槽(4)均匀设置在第二位置处，并连通凹槽(3)和被锁底件(6)内腔。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的环缝锁底接头制造焊接方法，其特征在于，所述装配点焊步骤中，激光点焊工艺参数为：

激光功率：100W～2000W；

焊接速度：0m/min～5m/min，不包括0m/min；

离焦量：-5mm～+10mm。

9.根据权利要求6或7中任一项所述的环缝锁底接头制造焊接方法，其特征在于，所述正式焊接步骤中，激光焊接工艺参数为：

激光功率：100W～20000W；

焊接速度：0m/min～10m/min，不包括0m/min；

离焦量：-10mm～+20mm。

10.根据权利要求6或7中任一项所述的环缝锁底接头制造焊接方法，其特征在于，所述正式焊接步骤中，采用立向上焊接工位，其中立向上焊接工位是指使激光束的轴线处于水平状态且与锁底件(5)轴线相交的焊接工位。