CN109483057A - 环缝激光-mag复合焊接方法 - Google Patents

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张登明
孙锡建
朱晓星
金诚
李中权
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Abstract

本发明提供了一种环缝激光‑MAG复合焊接方法，针对工程应用时出现的适应性不高的问题，进一步提出了新的坡口设计、清理、装配以及主要的复合焊接工艺参数范围。在不明显减小一次焊透深度的条件下，将装配间隙的下限放宽到0mm，大幅简化操作难度，提高装配和焊接的效率及可靠性，并提高产品批量生产制造的合格率，降低生产成本。通过采用数控双卡盘旋转变位机进行装配，可以大幅简化环缝装配过程并提高装配的同轴度，降低工人劳动强度，提高产品批量生产制造的质量和生产效率。通过采用焊前吹砂工艺进行坡口表面清理，可以解决高强钢及超高强钢极易生锈而影响焊接质量问题，确保焊缝清理干净可靠，提高环缝结构产品的质量稳定性。

Description

环缝激光-MAG复合焊接方法
技术领域
本发明涉及激光-MAG(Metal Active Gas Arc Welding，熔化极活性气体保护电弧焊)复合焊接领域，具体地，涉及一种环缝激光-MAG复合焊接方法。
背景技术
高强钢及超高强钢凭借优越的性能和较低的成本在航天产品上得到了广泛的应用。对于厚板高强钢及超高强钢的焊接，国内主要采用开大坡口，焊前预热且多层TIG填丝焊接而成，相对来说，制造精度和效率一致难以有根本提高，且能耗较高，预热也会造成工人操作环境恶劣。
专利文献CN101367157B公开了了一种焊接高强或超高强钢厚板的焊接方法，针对平板结构，采用激光-MAG复合焊接工艺，对厚板拼焊件采用开60°“V”型坡口或开设60°“X”型坡口的方式，指出了15mm以下的高强钢可以不预热焊接，为高强钢的焊接指明了原理性的方向。
对于工业生产过程来说，控制装配间隙的操作难度较大，可靠性不高，合格率低；这是因为：高强钢复合焊接工艺的残余应力较大，尤其是环缝焊接首尾连接处，焊缝开头焊接金属凝固后，其自然收缩将导致焊缝结尾处的间隙量变小，直接影响焊缝成形的均匀性和一致性，严重时，收缩将导致焊缝结尾处的间隙量将为0mm，引起焊缝成形不良甚至未焊透问题，对于口径不大的半封闭结构高强钢罐体，返修难度极高。因此，迫切需要关注的是，在产品批量生产的工业化应用过程中，质量、效率以及合格率的稳定和提高。
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激光-MAG复合焊接方法。
根据本发明提供的一种环缝激光-MAG复合焊接方法，包括如下步骤：
结构件装配步骤：将结构件装配到变位机上；
焊接准备步骤：根据设定焊接目标参数，编制运动程序并设置激光-MAG复合热源参数；
焊接步骤：通过焊接准备步骤得到的运动程序控制，开启变位机和激光-MAG复合热源对结构件进行环缝焊接。
优选地，本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法还包括：
坡口设计步骤：采用Y型坡口结构的加工方案；
结构件加工步骤：对结构件进行加工，使其满足坡口步骤得到的加工方案。
优选地，本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法还包括：
结构件预处理步骤：使用丙酮和/或酒精擦拭清理坡口。
优选地，所述坡口设计步骤中，Y型坡口的坡口钝边尺寸为1mm～2mm，坡口角度为单边10°～30°。
优选地，所述结构件预处理步骤还包括如下子步骤：
清理坡口前，使用吹砂工艺对坡口20mm范围以内的内外表面进行清理，除去表面的锈斑和污渍，其中，所述吹砂工艺是指利用压缩空气把石英砂高速吹出，以对零件表面进行清理的工艺。
优选地，所述结构件装配步骤中，变位机为双卡盘结构的数控旋转变位机。
优选地，所述焊接准备步骤中，激光-MAG复合热源的激光功率为2000W～2500W。
优选地，所述焊接准备步骤中，运动程序包括打底焊程序和盖面焊程序；所述打底焊程序和盖面焊程序均采用激光在前、电弧在后的复合位置关系；激光束作用在环缝结构的11点钟方向。
优选地，焊接步骤中，采用混合气体作为保护气体进行保护；所述混合气体包括氩气和二氧化碳。
优选地，所述混合气体组分体积比例为：氩气占比82％，二氧化碳占比18％。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法具有步骤简洁，操作难度低，可靠性高的优点，有效地提升了装配焊接质量和效率，降低了生产成本；
2、本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法，通过采用较小的坡口钝边尺寸，较小的坡口角度，并采用相对较大的激光功率。在不明显减小一次焊透深度的条件下，将装配间隙的下限要求放宽到0mm，由于没有特殊装配间隙要求，不需要防止焊接过程中环缝装配发生变化，从而省去了点固工艺步骤；
3、本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法，通过采用双卡盘旋转变位机进行装配，可以大幅简化环缝装配过程并提高以此装配的同轴度，控制间隙和错边量，实现快速精密、紧密装夹，大幅提高工业生产的可靠性，降低工人劳动强度，提高产品批量生产制造的质量和生产效率；
4、本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法，通过采用焊前吹砂工艺进行坡口表面清理，可以解决高强钢及超高强钢产品大批量生产的流转过程中，尤其是机加工后表面潮湿且污渍较多，极易导致坡口表面生锈而影响后续的焊接质量问题，从而确保焊缝清理干净可靠。同时清理完毕的环缝结构件也可以存放更长时间，满足批量生产时的中间等待，提高环缝结构产品的质量稳定性。
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激光-MAG复合焊接方法的优选例流程示意图。
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激光-MAG复合焊接方法，包括如下步骤：
结构件装配步骤：将结构件装配到变位机上；
焊接准备步骤：根据设定焊接目标参数，编制运动程序并设置激光-MAG复合热源参数；
焊接步骤：通过焊接准备步骤得到的运动程序控制，开启变位机和激光-MAG复合热源对结构件进行环缝焊接。
优选地，本发明提供的环缝激光-MAG复合焊接方法还包括：
坡口设计步骤：采用Y型坡口结构的加工方案；
结构件加工步骤：对结构件进行加工，使其满足坡口步骤得到的加工方案。
结构件预处理步骤：使用丙酮和/或酒精擦拭清理坡口。
具体地，所述坡口设计步骤中，Y型坡口的坡口钝边尺寸为1mm～2mm，坡口角度为单边10°～30°，优选坡口角度为单边29°。所述结构件预处理步骤还包括如下子步骤：
清理坡口前，使用吹砂工艺对坡口20mm范围以内的内外表面进行清理，除去表面的锈斑和污渍，其中，所述吹砂工艺是指利用压缩空气把石英砂高速吹出，以对零件表面进行清理的工艺。
更具体地，所述结构件装配步骤中，变位机为双卡盘结构的数控旋转变位机。所述焊接准备步骤中，激光-MAG复合热源的激光功率为2000W～2500W。所述焊接准备步骤中，运动程序包括打底焊程序和盖面焊程序；所述打底焊程序和盖面焊程序均采用激光在前、电弧在后的复合位置关系；激光束作用在环缝结构的11点钟方向。焊接步骤中，采用混合气体作为保护气体进行保护；所述混合气体包括氩气和二氧化碳。所述混合气体组分体积比例为：氩气占比82％，二氧化碳占比18％。
进一步地，本发明相对于现有技术方案，省去了点焊步骤，简化了生产过程；同时，坡口的减小可以减少焊丝的使用量，降低生产成本。
更进一步地，本发明针对工程应用时出现的适应性不高的问题，进一步提出了新的坡口设计、清理、装配以及主要的复合焊接工艺参数范围。数控旋转变位机采用数控方式控制。本发明的优选例，针对30CrMnSiA高强钢罐体环缝的焊接，其主要步骤如下：
(1)罐体和灌盖的坡口设计：壁厚7mm，钝边1.5mm，坡口单边角度29°；
(2)罐体和灌盖坡口分别机加工，吹砂清理后，用丙酮或酒精擦拭坡口；
(3)在双卡盘旋转变位机上，将罐体和灌盖装夹好，间隙为0mm；
(4)编制运动参数并设置热源参数：激光-MAG复合焊枪从11点钟位置开始焊接，激光在前电弧在后，激光功率等主要参数如表1所示，然后通过程序控制，打开数控变位机和热源实现焊接过程。
表1
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)

1.一种环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
结构件装配步骤：将结构件装配到变位机上；
焊接准备步骤：根据设定焊接目标参数，编制运动程序并设置激光-MAG复合热源参数；
焊接步骤：通过焊接准备步骤得到的运动程序控制，开启变位机和激光-MAG复合热源对结构件进行环缝焊接。
2.根据权利要求1所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，还包括：
坡口设计步骤：采用Y型坡口结构的加工方案；
结构件加工步骤：对结构件进行加工，使其满足坡口步骤得到的加工方案。
3.根据权利要求2所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，还包括：
结构件预处理步骤：使用丙酮和/或酒精擦拭清理坡口。
4.根据权利要求2或3所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述坡口设计步骤中，Y型坡口的坡口钝边尺寸为1mm～2mm，坡口角度为单边10°～30°。
5.根据权利要求3所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述结构件预处理步骤还包括如下子步骤：
清理坡口前，使用吹砂工艺对坡口20mm范围以内的内外表面进行清理，除去表面的锈斑和污渍，其中，所述吹砂工艺是指利用压缩空气把石英砂高速吹出，以对零件表面进行清理的工艺。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述结构件装配步骤中，变位机为双卡盘结构的数控旋转变位机。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述焊接准备步骤中，激光-MAG复合热源的激光功率为2000W～2500W。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述焊接准备步骤中，运动程序包括打底焊程序和盖面焊程序；所述打底焊程序和盖面焊程序均采用激光在前、电弧在后的复合位置关系；激光束作用在环缝结构的11点钟方向。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，焊接步骤中，采用混合气体作为保护气体进行保护；所述混合气体包括氩气和二氧化碳。
10.根据权利要求9所述的环缝激光-MAG复合焊接方法，其特征在于，所述混合气体组分体积比例为：氩气占比82％，二氧化碳占比18％。
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