CN105643104B - 精确控制焊缝熔深的激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，包括如下步骤：步骤1：装配第一待焊接件和第二待焊接件；步骤2：对第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝进行点焊定位；步骤3：对不同焊缝熔深，采用相对应焊接工艺参数进行焊接；步骤4：对焊缝收尾端能量衰减进行设置。本发明与激光连续实焦焊相比，解决了在焊接过程从稳定热导焊向深熔焊过渡的不稳定模式，有利于焊缝周向熔深的均匀性控制，满足不同熔深要求的焊缝焊接需求，同时焊缝质量满足Q/RJ71‑2000 II级要求，并通过相应的密封性和氦检外漏考核。
Description
技术领域
本发明涉及阀门壳体和管嘴不同熔深需求的焊缝焊接，具体地，涉及一种精确控制焊缝熔深的激光焊接方法。
背景技术
精确并稳定的控制激光焊缝熔深一直是焊接领域的难点和热点问题，既要保证焊缝熔深，又要保证熔深均匀性，实现焊缝光滑、无氧化、无咬边、无裂纹的优良焊缝成形，确保焊缝周向密封性，满足焊接接头气密、液压和氦检要求。
传统激光实焦焊接，焊缝熔深分布在0.3mm＜Hr≤0.7mm的工艺参数对应的焊接过程处在热导焊向深熔焊过渡，交替进行的不稳定焊接过程，周向焊缝熔深波动近200％，很难实现焊缝熔深满足设计技术指标要求。
传统的激光连续圈焊，在收尾段由于激光能量衰减和实际焊接轨迹，焊缝起弧、收弧段控制不匹配，常出现焊缝收尾段弧坑凹陷和弧坑裂纹，导致焊缝气密、液压和氦检测试，不通过。
传统的激光连续圈焊在实现焊缝熔深1.8mm＜Hr≤2.4mm的焊接时，焊缝熔池中下部出现气孔，且随着激光功率增加，焊接速度减慢，焊缝熔池颈缩塌陷概率增大，熔池“小孔型”气孔出现概率增加。
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精确控制焊缝熔深的激光焊接方法。
根据本发明提供的一种精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：装配第一待焊接件和第二待焊接件；
步骤2：对第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝进行点焊定位；
步骤3：对不同焊缝熔深，采用相对应焊接工艺参数进行焊接；
步骤4：对焊缝收尾端能量衰减进行设置。
优选地，所述步骤3具体为：
0.1mm＜Hr≤0.3mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率200～600W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量4～8L/min；
0.3mm＜Hr≤0.7mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光虚焦焊：焦点位置Z＝1.5mm，激光功率600～900W，焊接速度20～30mm/s，氩气流量6～12L/min；
1mm＜Hr≤1.5mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率700～1400W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量：6～12L/min；
1.8mm＜Hr≤2.4mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率1500～2000W，焊接速度43～50mm/s，氩气流量8～14L/min；
其中，Hr为焊缝熔深。
优选地，第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝端面或轴向错边量≤0.05mm，间隙≤0.05mm。
优选地，所述点焊定位的工艺参数具体为：
在第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝对称定位2或4点；对应的焊接工艺参数为：激光功率300～500W，氩气流量4～8L/min。
优选地，所述步骤4具体为当焊接过程覆盖焊缝起始端时，通过能量时序控制进行焊缝收尾端能量衰减设置。
优选地，当焊接时，对第一待焊接件对应的材料不锈钢1Cr18Ni9Ti和第二待焊接件对应的材料软磁合金Cr17NiTi进行焊接。
优选地，在所述步骤2之后还包括如下步骤：
-对点焊的焊点进行质量检查。
优选地，还包括如下步骤：
-对焊缝进行质量检查，具体为，通过2～5MPa氦检，保持5min不泄露或通过35MPa氦检，保持5min不泄露的焊缝密封性检查以及通过2MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s或通过35MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s的氦检外漏测试。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明与激光连续实焦焊相比，解决了在焊接过程从稳定热导焊向深熔焊过渡的不稳定模式，有利于焊缝周向熔深的均匀性控制，满足不同熔深要求的焊缝焊接需求，同时焊缝质量满足Q/RJ71-2000II级要求，并通过相应的密封性和氦检外漏考核；
2、本发明避免了未焊透、气孔、裂纹、收尾端弧坑凹陷及裂纹等缺陷产生的不同焦点位置的工艺参数，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，满足高、低压阀门使用需求；
3、本发明在不同焦点位置，将调整激光功率阈值，增大合格熔深范围的有效激光功率窗口，提高焊缝合格率。
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为本发明中阀门壳体和管嘴的焊接示意图；
图2为本发明图1中Ⅰ部分的放大示意图；
图3为本发明图1中Ⅱ部分的放大示意图；
图4为本发明中在实焦焊时激光功率、焊接速度对焊缝熔深的影响示意图；
图5为本发明中在离焦焊时激光功率、焊接速度对焊缝熔深的影响示意图；
图6为本发明中在离焦焊Z＝1.5mm时激光功率、焊接速度对焊缝熔深的影响示意图；
图7为本发明的步骤流程图。
图中：
1为壳体头部，对应材料为Cr17NiTi；
2为进口焊接管嘴，对应材料为1Cr18Ni9Ti；
3为壳体底部，对应材料为Cr17NiTi；
4为出口管嘴，对应材料为1Cr18Ni9Ti。
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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：装配第一待焊接件和第二待焊接件；
步骤2：对第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝进行点焊定位；
步骤3：对不同焊缝熔深，采用相对应焊接工艺参数进行焊接；
步骤4：对焊缝收尾端能量衰减进行设置。
本发明通过调整焦点位置，优化激光功率和焊接速度，探索合格的焊缝熔深和质量的工艺参数窗口，避免焊缝出现未焊透、裂纹、咬边、焊缝收尾端凹坑和裂纹产生，包括如下步骤：
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。
S2、优化激光功率和焊接速度：在特定的焦点位置状态下，研究激光功率和焊接速度对焊缝熔深和质量的影响。
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。
S4、优选焊缝收尾端激光功率衰减设置，避免焊缝收尾端凹坑及裂纹缺陷产生，保证焊缝密封性和外漏考核。
所述步骤3具体为：
0.1mm＜Hr≤0.3mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率200～600W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量4～8L/min；
0.3mm＜Hr≤0.7mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光虚焦焊：焦点位置Z＝1.5mm，激光功率600～900W，焊接速度20～30mm/s，氩气流量6～12L/min；
1mm＜Hr≤1.5mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率700～1400W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量：6～12L/min；
1.8mm＜Hr≤2.4mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率1500～2000W，焊接速度43～50mm/s，氩气流量8～14L/min；
其中，Hr为焊缝熔深。
第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝端面或轴向错边量≤0.05mm，间隙≤0.05mm。
所述点焊定位的工艺参数具体为：
在第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝对称定位2或4点；对应的焊接工艺参数为：激光功率300～500W，氩气流量4～8L/min。
所述步骤4具体为当焊接过程覆盖焊缝起始端时，通过能量时序控制进行焊缝收尾端能量衰减设置，以避免焊缝收尾端凹坑及裂纹缺陷产生，保证焊缝质量。
当焊接时，对第一待焊接件对应的材料不锈钢1Cr18Ni9Ti和第二待焊接件对应的材料软磁合金Cr17NiTi进行焊接。
所述步骤2之后还包括如下步骤：
-对点焊的焊点进行质量检查。点焊的焊点不允许氧化，焊点有核心，焊点表面质量满足Q/RJ71-2000II级要求。
本发明提供的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，还包括如下步骤：
-对焊缝进行质量检查，焊缝表面质量需满足Q/RJ71-2000II级要求，具体为，通过2～5MPa氦检，保持5min不泄露或通过35MPa氦检，保持5min不泄露的焊缝密封性检查以及通过2MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s或通过35MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s的氦检外漏测试。
表1焊缝气密、氦检测试指标列表
当采用本发明提供的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法对阀门壳体与进口管嘴、出口管嘴采用连续激光焊接，焊缝满足Q/RJ71-2000II级要求，不允许未焊透、气孔、裂纹、收尾端弧坑凹陷及裂纹等缺陷，焊缝熔深需满足设计技术条件要求。根据阀门不同的承压需求，焊缝熔深需满足“0.1～0.3mm”、“0.3～0.7mm”、“1～1.5mm”、“1.8～2.4mm”不同的熔深要求。
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。
Claims (7)
1.一种精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：装配第一待焊接件和第二待焊接件；
步骤2：对第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝进行激光点焊定位；
步骤3：对不同焊缝熔深，采用相对应焊接工艺参数进行焊接；
步骤4：对焊缝收尾端能量衰减进行设置；
所述步骤3具体为：
0.1mm＜Hr≤0.3mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率200～600W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量4～8L/min；
0.3mm＜Hr≤0.7mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光虚焦焊：焦点位置Z＝1.5mm，激光功率600～900W，焊接速度20～30mm/s，氩气流量6～12L/min；
1mm＜Hr≤1.5mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率700～1400W，焊接速度30～50mm/s，氩气流量：6～12L/min；
1.8mm＜Hr≤2.4mm，对应的焊接工艺参数为：连续激光实焦焊：焦点位置Z＝0，激光功率1500～2000W，焊接速度43～50mm/s，氩气流量8～14L/min；
其中，Hr为焊缝熔深。
2.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝端面错边量≤0.05mm，间隙≤0.05mm。
3.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，所述点焊定位的工艺参数具体为：
在第一待焊接件和第二待焊接件的焊缝对称定位2或4点；对应的焊接工艺参数为：激光功率300～500W，氩气流量4～8L/min。
4.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤4具体为当焊接过程覆盖焊缝起始端时，通过能量时序控制进行焊缝收尾端能量衰减设置。
5.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，当焊接时，对第一待焊接件对应的材料不锈钢1Cr18Ni9Ti和第二待焊接件对应的材料软磁合金Cr17NiTi进行焊接。
6.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，在所述步骤2之后还包括如下步骤：
-对点焊的焊点进行质量检查。
7.根据权利要求1所述的精确控制焊缝熔深的激光焊接方法，其特征在于，还包括如下步骤：
-对焊缝进行质量检查，具体为，通过2～5MPa氦检，保持5min不泄露或通过35MPa氦检，保持5min不泄露的焊缝密封性检查以及通过2MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s或通过35MPa进口检漏压力测试，阀门外漏率不大于1X10-7Pa.m3/s的氦检外漏测试。
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