大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法及系统与流程

本发明涉及铝合金圆柱件激光焊接的，具体地，涉及大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法及系统。

背景技术：

1、大尺寸薄壁圆柱件激光焊一直是焊接领域的难点问题，焊接过程有效控制热量积累、工件变形，既要保证焊缝成形均匀，又要保证焊缝密封性和强度，且焊缝质量需满足q/rj71-2000 ii级要求。

2、铝合金薄壁圆柱件激光焊同样是焊接领域的难点问题，除满足大尺寸薄壁圆柱件激光焊一般要求外，还得抑制焊缝熔池气孔，焊缝内部质量满足q/rj71-2000 ii级要求。

3、较不锈钢，钛合金和铝合金激光焊接过程更需做好焊缝正面和背面氩气保护，焊缝成形和冷却过程不被氧化，保证焊缝强度。

4、因此，需要提出一种新的技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法及系统。

2、根据本发明提供的一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，所述方法包括如下步骤：

3、步骤s1：优化焦点位置，研究焦点位置对激光阈值和焊接模式的影响，确定满足焊缝不同熔深需求的焦点位置工艺参数；

4、步骤s2：优化激光功率和焊接速度，在特定的焦点位置状态下，获取激光功率和焊接速度对焊缝熔深和质量的影响；

5、步骤s3：确定不同熔深需求的焊缝焊接工艺参数，通过模拟件、多批次产品适用论证，固化焊接参数；

6、步骤s4：优选焊缝收尾端激光功率衰减设置；

7、步骤s5：优化焊接头摆动参数，研究偏摆轨迹、频率、摆幅参数对焊缝成形质量的影响。

8、优选地，使用偏摆参数设置后，偏摆轨迹选用形状直线、逆时针圆、顺时针圆、无穷大多种设置，使用摆动参数将焊缝对接间隙和错边拓展至壁厚为15％。

9、优选地，工艺装备采用多层网叠放结构，氩气均匀分布，定位焊焊缝无氧化。

10、优选地，使用焊缝对中工装，焊缝观察屏十字叉线中心对准工装顶尖，焊接头y轴归零设置；从三爪卡盘中取下焊缝对中工装，装夹待焊工件，沿x、z轴移动焊接头，使焊缝观察屏十字叉线中心对准焊缝，待焊工件清晰可见；随后将焊接头向y轴方向移动δy，使激光束流与待焊工件法线夹角5～10°。

11、优选地，正面保护气托罩装置弧面与产品圆弧匹配，气体过滤圆弧板多孔均匀分布；综合分析孔径尺寸、分布、数量和板厚因素，优化结构设计，在托罩工艺装备中布局通气管路，通气管路均匀分布数十个出气孔。

12、本发明还提供一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，所述系统包括如下模块：

13、模块m1：优化焦点位置，研究焦点位置对激光阈值和焊接模式的影响，确定满足焊缝不同熔深需求的焦点位置工艺参数；

14、模块m2：优化激光功率和焊接速度，在特定的焦点位置状态下，获取激光功率和焊接速度对焊缝熔深和质量的影响；

15、模块m3：确定不同熔深需求的焊缝焊接工艺参数，通过模拟件、多批次产品适用论证，固化焊接参数；

16、模块m4：优选焊缝收尾端激光功率衰减设置；

17、模块m5：优化焊接头摆动参数，研究偏摆轨迹、频率、摆幅参数对焊缝成形质量的影响。

18、优选地，使用偏摆参数设置后，偏摆轨迹选用形状直线、逆时针圆、顺时针圆、无穷大多种设置，使用摆动参数将焊缝对接间隙和错边拓展至壁厚为15％。

19、优选地，工艺装备采用多层网叠放结构，氩气均匀分布，定位焊焊缝无氧化。

20、优选地，使用焊缝对中工装，焊缝观察屏十字叉线中心对准工装顶尖，焊接头y轴归零设置；从三爪卡盘中取下焊缝对中工装，装夹待焊工件，沿x、z轴移动焊接头，使焊缝观察屏十字叉线中心对准焊缝，待焊工件清晰可见；随后将焊接头向y轴方向移动δy，使激光束流与待焊工件法线夹角5～10°。

21、优选地，正面保护气托罩装置弧面与产品圆弧匹配，气体过滤圆弧板多孔均匀分布；综合分析孔径尺寸、分布、数量和板厚因素，优化结构设计，在托罩工艺装备中布局通气管路，通气管路均匀分布数十个出气孔。

22、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

23、1、本发明与激光连续实焦焊相比，焊接过程稳定，焊缝熔深均匀；

24、2、本发明通过焊接头摆动参数设置，焊缝熔池气孔有效抑制，焊缝熔池气孔明显减小；

25、3、本发明通过正面氩气托罩使用，焊接过程有效防止焊缝成形和冷却过程被氧化。

技术特征：

1.一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，其特征在于，使用偏摆参数设置后，偏摆轨迹选用形状直线、逆时针圆、顺时针圆、无穷大多种设置，使用摆动参数将焊缝对接间隙和错边拓展至壁厚为15％。

3.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，其特征在于，工艺装备采用多层网叠放结构，氩气均匀分布，定位焊焊缝无氧化。

4.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，其特征在于，使用焊缝对中工装，焊缝观察屏十字叉线中心对准工装顶尖，焊接头y轴归零设置；从三爪卡盘中取下焊缝对中工装，装夹待焊工件，沿x、z轴移动焊接头，使焊缝观察屏十字叉线中心对准焊缝，待焊工件清晰可见；随后将焊接头向y轴方向移动y，使激光束流与待焊工件法线夹角5～10°。

5.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法，其特征在于，正面保护气托罩装置弧面与产品圆弧匹配，气体过滤圆弧板多孔均匀分布；综合分析孔径尺寸、分布、数量和板厚因素，优化结构设计，在托罩工艺装备中布局通气管路，通气管路均匀分布数十个出气孔。

6.一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：

7.根据权利要求6所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，其特征在于，使用偏摆参数设置后，偏摆轨迹选用形状直线、逆时针圆、顺时针圆、无穷大多种设置，使用摆动参数将焊缝对接间隙和错边拓展至壁厚为15％。

8.根据权利要求6所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，其特征在于，工艺装备采用多层网叠放结构，氩气均匀分布，定位焊焊缝无氧化。

9.根据权利要求6所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，其特征在于，使用焊缝对中工装，焊缝观察屏十字叉线中心对准工装顶尖，焊接头y轴归零设置；从三爪卡盘中取下焊缝对中工装，装夹待焊工件，沿x、z轴移动焊接头，使焊缝观察屏十字叉线中心对准焊缝，待焊工件清晰可见；随后将焊接头向y轴方向移动y，使激光束流与待焊工件法线夹角5～10°。

10.根据权利要求6所述的大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺系统，其特征在于，正面保护气托罩装置弧面与产品圆弧匹配，气体过滤圆弧板多孔均匀分布；综合分析孔径尺寸、分布、数量和板厚因素，优化结构设计，在托罩工艺装备中布局通气管路，通气管路均匀分布数十个出气孔。

技术总结
本发明提供了一种大尺寸薄壁圆柱件激光焊接工艺方法及系统，待焊零件为圆柱件，对接结构，焊接材料不锈钢或钛合金或铝合金。包括如下步骤：待焊零件除油清洁；待焊零件酸洗；待焊零件装配；正面氩气保护装置安装；待焊零件定位；焊接头姿态调整；待焊零件激光焊接；待焊零件焊缝表面质量检查和焊缝密封性测试。本发明通过正面氩气保护装置研制，避免了焊缝表面氧化；优化的焊接工艺参数，避免了未焊透、裂纹、收尾端弧坑凹陷及裂纹等缺陷产生；优化的焊接头扫描参数，大幅减小焊缝熔池气孔。本发明既保证焊缝熔深又确保周向熔深波动≤50％，同时保证焊缝密封性及强度，满足容器类产品使用需求。

技术研发人员：刘泽敏,谢屹,丁稷萍,王小波,潘攀,林嘉伟,王汉平
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15