CN107598373B - 一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，采用高功率激光束进行单面焊双面成形焊接，焊接过程采用专门设计的环形刚性夹具以及背面的V型坡口形式，装夹后针对密封筒特殊结构先进行激光点焊定位，采用高频脉冲调制激光程序进行焊接，焊缝轨迹采用对称焊接，焊后进行机加工去除表面焊缝凹陷部分及焊缝根部，获得一定壁厚的控制棒驱动电机密封筒。在本发明中，能够实现焊缝有效熔深大于10mm，焊缝宽度小于1.5mm，且具有良好的耐压密封性能的效果。

Description

一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法

技术领域

本发明涉及核电站建造技术领域，具体涉及一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法。

背景技术

目前，国内开发的示范快堆用CRDM驱动电机为开关磁阻式，和第三代驱动电机相比具有结构简单、可靠性和灵活性更高等优点。该电机内部的关键部件为密封筒组件，该组件由多条导磁棒(铁素体或马氏体不锈钢)和非导磁棒(奥氏体不锈钢)交替焊接制造而成，通过导磁棒与非导磁棒磁性差异实现驱动电机磁路设计，能够灵活调节和控制核反应堆燃料棒启动、运行及停堆。

CRDM驱动电机密封筒由多条异磁性棒焊接而成，焊缝密集、深宽比大，有效熔深要求大于10mm，易产生焊接变形，对焊接工艺方法提出了较高的要求。由于传统电弧焊接热输入较大，焊接变形大，且很难实现密封筒要求的大深宽比焊缝。虽然电子束焊接功率密度高，热输入小，能够获得深宽比大焊缝，但由于电子束为空间电流，在焊接时会对导磁磁材料充磁，被充磁的导磁材料令电子束向其偏移，造成焊缝中下部熔合困难，无法保证焊缝的机械性能及密封性能。光纤激光焊接也具有高的功率密度，易获得大深宽比焊缝，且激光束不带电，不会对磁性材料充磁，无偏焊现象，非常适合磁性材料焊接。因此，CRDM驱动电机密封筒采用激光束焊接是目前最理想的制造工艺方法。

CRDM驱动电机密封筒焊接要求大熔深大深宽比，且对焊缝的耐压密封性和磁性能都有较高要求，焊接难度大，已经成为制约新型CRDM驱动电机密封筒焊接制造的瓶颈技术之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，能够起到满足CRDM驱动电机密封筒焊接要求，提高焊接质量，降低焊接变形，从而获得高质量的异种磁性钢密封筒组件的作用。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，所述密封筒的外径为450-1100mm，管壁厚度为10-15mm，焊缝有效熔深大于10mm，焊缝宽度小于1.5mm，该方法采用激光自熔焊进行焊接并包括如下步骤：

步骤1：选材，焊接母材为导磁钢和非导磁钢的锻件或轧件，导磁钢和非导磁钢交替连接，所述焊接母材厚度比要求的焊缝有效熔深大2mm；

步骤2：待焊接母材组对采用I型的坡口，且坡口的底部机加工高度为3mm的60°V型坡口，待焊接母材侧面和表面加工状态一致，组对间隙小于0.2mm；

步骤3：装夹及装配，将导磁钢和非导磁钢交替装配在定位铁芯上，对其中的导磁钢或者非导磁钢采用卡槽进行装配，在密封筒的头、中、尾三处圆周面上分别设置三个带有顶丝螺栓的环形刚性夹具，顶丝螺栓通过旋压不锈钢棒条实现紧密配合；

步骤4：定位焊接，装夹后采用2kW激光功率的激光束在待焊接母材的前后端面进行组件定位焊接，每侧两组定位焊缝离待焊接母材的圆周面的距离分别为5mm和20mm，定位焊接完成后，拆除环形刚性夹具；

步骤5：焊前准备，设定激光束的焊接参数，包括激光功率、焊接速度、离焦量和倾斜角度等，调整侧吹气体及压缩空气管角度，侧吹气体与水平面角度设置为60°，压缩空气管设置方向与焊接方向相反，且与水平面平行，采用高度尺调整待焊接母材上的对接焊缝，使其完全垂直于水平面，并进行装夹固定；

步骤6：对接焊缝轨迹规划，采用对接焊缝上下对称设置的方式进行焊接；

步骤7：焊接，编制激光束的程序，采用高频脉冲激光程序，峰值功率8～10kW，焊接速度0.9m/min～1.2m/min，离焦量为-2～+2，焊接过程中，道间温度控制为100℃；

步骤8：焊后加工，焊接结束后，拆除定位铁芯，对焊件进行机加工，去除定位焊缝和对接焊缝表面的未填满部位及底部焊瘤，获得所需的有效焊缝。

进一步地，所述步骤1中，焊接母材厚度依据焊缝有效熔深选择，焊接试板厚度大于焊缝有效熔深至少3mm。

进一步地，所述步骤4中，根据待焊接母材的装夹形式，在其两端面进行双道定位焊接。

进一步地，所述步骤5中，根据焊缝有效熔深从8mm增加到16mm，激光束设定的激光功率从8kW线性递增到12kW。

进一步地，所述步骤5中，激光束设定的方向与侧吹气体的方向所成的角度为3～7°。

进一步地，所述步骤7中，脉冲波形选用梯形波，脉冲频率400～600HZ。

本发明的有益效果是：

1、本方法能够实现焊缝有效熔深大于10mm，焊缝宽度小于1.5mm，且具有良好的耐压密封性能的效果。

2、采用高功率激光束进行单面焊双面成形焊接，焊接过程采用专门设计的环形刚性夹具以及背面的V型坡口形式，装夹后针对密封筒特殊结构先进行激光点焊定位，采用高频脉冲调制激光程序进行焊接，焊缝轨迹采用对称焊接，焊后进行机加工去除表面焊缝凹陷部分及焊缝根部，获得一定壁厚的控制棒驱动电机密封筒。本焊接方法操作难度低，焊接质量稳定，焊接变形小，且效率高。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中密封筒组件焊接装配结构示意图；

图2为本发明中密封筒的端面结构示意图；

图3为本发明中密封筒的纵向剖视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-导磁钢，2-非导磁钢，3-激光束，4-定位铁芯，5-环形刚性夹具，6-顶丝螺栓，7-V型坡口，8-定位焊缝，9-对接焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3所示，本实施例为一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，且密封筒的外径为450-1100mm，管壁厚度为10-15mm，焊缝有效熔深大于10mm，焊缝宽度小于1.5mm，该方法采用激光自熔焊进行焊接并包括如下步骤：

步骤(1)：选材，焊接母材为导磁钢1和非导磁钢2的锻件或轧件，导磁钢1和非导磁钢2交替连接，焊接母材厚度比要求的焊缝有效熔深大2mm，焊接母材厚度依据焊缝有效熔深选择，焊接试板厚度大于焊缝有效熔深至少3mm；

步骤(2)：待焊接母材组对采用I型的坡口，且坡口的底部机加工高度为3mm的60°V型坡口7，待焊接母材侧面和表面加工状态一致，组对间隙小于0.2mm；

步骤(3)：装夹及装配，将导磁钢1和非导磁钢2交替装配在定位铁芯4上，对其中的导磁钢1或者非导磁钢2采用卡槽进行装配，在密封筒的头、中、尾三处圆周面上分别设置三个带有顶丝螺栓6的环形刚性夹具5，顶丝螺栓6通过旋压不锈钢棒条实现紧密配合；

步骤(4)：定位焊接，装夹后采用2kW激光功率的激光束3在待焊接母材的前后端面进行组件定位焊接，根据待焊接母材的装夹形式，在其两端面进行双道定位焊接，每侧两组定位焊缝8离待焊接母材的圆周面的距离分别为5mm和20mm，定位焊接完成后，拆除环形刚性夹具5；

步骤(5)：焊前准备，设定激光束3的焊接参数，包括激光功率、焊接速度、离焦量和倾斜角度等，根据焊缝有效熔深从8mm增加到16mm，激光束3设定的激光功率从8kW线性递增到12kW，调整侧吹气体及压缩空气管角度，激光束3设定的方向与侧吹气体的方向所成的角度为3～7°，侧吹气体与水平面角度设置为60°，压缩空气管设置方向与焊接方向相反，且与水平面平行，采用高度尺调整待焊接母材上的对接焊缝9，使其完全垂直于水平面，并进行装夹固定；

步骤(6)：对接焊缝9轨迹规划，采用对接焊缝9上下对称设置的方式进行焊接；

步骤(7)：焊接，编制激光束3的程序，采用高频脉冲激光程序，脉冲波形选用梯形波，脉冲频率400～600HZ，峰值功率8～10kW，焊接速度0.9m/min～1.2m/min，离焦量为-2～+2，焊接过程中，道间温度控制为100℃；

步骤(8)：焊后加工，焊接结束后，拆除定位铁芯4，对焊件进行机加工，去除定位焊缝8和对接焊缝9表面的未填满部位及底部焊瘤，获得所需的有效焊缝。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，且所述密封筒的外径为450-1100mm，管壁厚度为10-15mm，焊缝有效熔深大于10mm，焊缝宽度小于1.5mm，其特征在于，该方法采用激光自熔焊进行焊接并包括如下步骤：

步骤1：选材，焊接母材为导磁钢和非导磁钢的锻件或轧件，导磁钢和非导磁钢交替连接，所述焊接母材厚度比要求的焊缝有效熔深大2mm；

步骤2：待焊接母材组对采用I型的坡口，且坡口的底部机加工高度为3mm的60°V型坡口，待焊接母材侧面和表面加工状态一致，组对间隙小于0.2mm；

步骤3：装夹及装配，将导磁钢和非导磁钢交替装配在定位铁芯上，对其中的导磁钢或者非导磁钢采用卡槽进行装配，在密封筒的头、中、尾三处圆周面上分别设置三个带有顶丝螺栓的环形刚性夹具，顶丝螺栓通过旋压不锈钢棒条实现紧密配合；

步骤4：定位焊接，装夹后采用2kW激光功率的激光束在待焊接母材的前后端面进行组件定位焊接，每侧两组定位焊缝离待焊接母材的圆周面的距离分别为5mm和20mm，定位焊接完成后，拆除环形刚性夹具；

步骤5：焊前准备，设定激光束的焊接参数，包括激光功率、焊接速度、离焦量和倾斜角度等，调整侧吹气体及压缩空气管角度，侧吹气体与水平面角度设置为60°，压缩空气管设置方向与焊接方向相反，且与水平面平行，采用高度尺调整待焊接母材上的对接焊缝，使其完全垂直于水平面，并进行装夹固定；

步骤6：对接焊缝轨迹规划，采用对接焊缝上下对称设置的方式进行焊接；

步骤7：焊接，编制激光束的程序，采用高频脉冲激光程序，峰值功率8～10kW，焊接速度0.9m/min～1.2m/min，离焦量为-2mm～+2mm，焊接过程中，道间温度控制为100℃；

步骤8：焊后加工，焊接结束后，拆除定位铁芯，对焊件进行机加工，去除定位焊缝和对接焊缝表面的未填满部位及底部焊瘤，获得所需的有效焊缝。

2.根据权利要求1所述的一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，其特征在于：所述步骤1中，焊接母材厚度依据焊缝有效熔深选择，焊接试板厚度大于焊缝有效熔深至少3mm。

3.根据权利要求1所述的一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，其特征在于：所述步骤4中，根据待焊接母材的装夹形式，在其两端面进行双道定位焊接。

4.根据权利要求1所述的一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，其特征在于：所述步骤5中，根据焊缝有效熔深从8mm增加到16mm，激光束设定的激光功率从8kW线性递增到12kW。

5.根据权利要求1所述一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，其特征在于：所述步骤5中，激光束设定的方向与侧吹气体的方向所成的角度为3～7°。

6.根据权利要求1所述的一种驱动电机密封筒激光焊接制造方法，其特征在于：所述步骤7中，脉冲波形选用梯形波，脉冲频率400～600HZ。