CN109332891A - 一种内冷镶圈的激光焊接方法 - Google Patents

一种内冷镶圈的激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内冷镶圈的激光焊接方法。该方案的焊接方法采用的焊接工具包括激光焊接机以及变位机,经过反复测试,针对内冷镶圈的独特焊接要求对激光焊接机和变位机进行针对性的参数选择,通过采用激光焊接机进行内冷镶圈焊接,提高了内冷镶圈的焊接效率,焊接所得的焊缝表面光滑,打磨量小,采用激光焊接机焊接的热输入小,内冷镶圈的内圈与外圈的变形量小,减小因热胀冷缩而产生裂缝,在焊接过程中,采用激光填丝,增加高镍奥氏体铸铁和304不锈钢的粘合力,在一定程度上消除应力,减少裂纹的产生,填补了现有技术中采用激光填丝焊对304不锈钢与高镍奥氏体铸铁焊接的技术运用空白。

Description

一种内冷镶圈的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接加工领域,具体涉及一种内冷镶圈的激光焊接方法。
背景技术
内冷镶圈是活塞中的一个构件,参见图2,内冷镶圈呈双环式的结构,它包括高镍奥氏体铸铁外圈102以及304不锈钢内圈101,高镍奥氏体铸铁外圈102套于304不锈钢内圈101外圆表面,高镍奥氏体铸铁外圈10与304不锈钢内圈101之间保留焊接间隙,焊接完成后,内冷镶圈的上、下两端面各形成一条圆形的焊缝103。
奥氏体铸铁具有良好的耐蚀性、耐热性,机械特性,冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象。
在焊接时,奥氏体铸铁由高温冷却到室温时,随着镍含量的不同,金相组织转变的差异性和稳定化元素的变化,焊接材料和焊接工艺的不同,焊接接头部位会出现热裂纹、耐腐蚀性差及焊接接头脆化等问题。
焊接工艺是制造产品的加工方法和实施要求,科学、正确地制定焊接工艺是保证焊接质量的前提和基础。
传统奥氏体铸铁的焊接是通过氩弧焊来进行焊接。
现有技术中,公布号为CN 102441729 A的中国发明申请公开了一种中碳钢、不锈钢与铸铁的焊接工艺,其技术要点是采用直流焊接进行焊接。
但是,采用直流焊接存在以下缺点:1、焊接速度比较慢;2、焊缝比较宽,表面粗糙度比较大,打磨抛光量比较大;3、热影响区比较大,焊接大尺寸工件时,工件的膨胀系数不同,在焊接过程中容易产生裂纹。
因此,需要提出一种能有效控制焊接变形并能减少焊接缺陷的针对304不锈钢-高镍奥氏体铸铁内冷镶圈的焊接工艺方法。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种内冷镶圈的激光焊接方法,其采用激光填丝焊进行焊接,该焊接方法具有加工速度快、效率高、焊缝质量好、打磨量小的优点,较大程度上减小采用直流焊接进行拼焊所产生的焊接缺陷。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案如下:
一种内冷镶圈的激光焊接方法,所述内冷镶圈包括304不锈钢内圈以及高镍奥氏体铸铁外圈,所述高镍奥氏体铸铁外圈中镍的质量分数大于13%,所述高镍奥氏体铸铁外圈套于所述304不锈钢内圈的外圆表面,所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体铸铁外圈之间位于内冷镶圈的上、下两端面上各形成一条圆形缝隙,所述焊接方法采用的焊接工具包括激光焊接机以及变位机,所述激光焊接机包括机器人、激光焊接头、焊接送丝机以及侧吹保护气装置,所述侧吹保护气装置使用保护气为氩气,所述变位机包括旋转平台以及设置于旋转平台上的焊接夹具,所述焊接方法包括以下步骤:
S1:准备工件:清理所述304不锈钢内圈、所述高镍奥氏体铸铁外圈以及所述焊接夹具外表面上的杂质以及污物,将清洗后的所述304不锈钢内圈以及所述高镍奥氏体铸铁外圈放置于所述旋转平台上并通过所述焊接夹具进行定位并夹紧固定,使所述高镍奥氏体铸铁外圈套于所述304不锈钢内圈的外圆表面且使所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体铸铁外圈之间圆形缝隙的平均间隙小于0.5mm;
S2:调整焊接送丝机并设定参数:使焊丝位置与激光的位置重合,设定焊接送丝机的送丝速度为1m/min;
S3:调整激光焊接机并设定参数:使激光光线对准所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体不锈钢之间的圆形缝隙,设定激光焊接头的离焦量F为+5mm、激光焊接机的功率为1120W;
S4:设定变位机参数:设定变位机的转动速度为29rad/s;
S5:焊接内冷镶圈的其中一面:打开侧吹保护气装置,启动激光焊接机以及变位机,对内冷镶圈的第一面进行焊接;
S6:翻转内冷镶圈:焊接完成一圈后,关闭侧吹保护气装置,停止激光焊接机以及变位机,上下翻转内冷镶圈;
S7:焊接内冷镶圈的另一面:打开侧吹保护气装置,启动激光焊接机以及变位机,对内冷镶圈的第二面进行焊接;
S8:结束焊接:关闭侧吹保护气装置,停止激光焊接机以及变位机,将焊接完成的内冷镶圈从焊接夹具上拆卸,进行下一步的质检工序。
作为优选,所述S1中采用酒精清理所述304不锈钢内圈、所述高镍奥氏体铸铁外圈以及所述焊接夹具外表面上的污物。
相对于现有技术,本发明取得了有益的技术效果:
1、通过采用激光焊接机进行内冷镶圈焊接,提高了内冷镶圈的焊接效率,焊接所得的焊缝表面光滑,打磨量小。
2、采用激光焊接机焊接的热输入小,内冷镶圈的内圈与外圈的变形量小,减小因热胀冷缩而产生裂缝。
3、在焊接过程中,采用激光填丝,增加高镍奥氏体铸铁和304不锈钢的粘合力,在一定程度上消除应力,减少裂纹的产生。
4、填补了现有技术中采用激光填丝焊对304不锈钢与高镍奥氏体铸铁焊接的技术运用空白。
附图说明
图1是本发明实施例的焊接步骤框图;
图2是本发明实施例中内冷镶圈的结构示意图;
图3为采用本发明实施例中提供的焊接方法焊接所得的内冷镶圈工件的金相图。
其中,各附图标记所指代的技术特征如下:
1、内冷镶圈;101、304不锈钢内圈;102、高镍奥氏体铸铁外圈;103、焊缝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明,但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
实施例
参考图1,本实施例公开了一种内冷镶圈的激光焊接方法,焊机方法所采用的焊接工具为激光焊接机以及变位机,激光焊接机以及变位机均为现有技术中常用的焊接工具,激光焊接机的主要结构包括机器人、激光焊接头、焊接送丝机以及侧吹保护气装置,其中侧吹保护气装置所采用的保护气体为氩气,在其他实施例中还可采用其他惰性气体如氦气,变位机主要结构包括固定于地面的底座、设置于底座上旋转平台以及设置于旋转平台上的焊接夹具。
参考图2,本实施中,内冷镶圈包括由304不锈钢内圈101以及高镍奥氏体铸铁外圈102,高镍奥氏体铸铁外圈102套于304不锈钢内圈101的外圆表面,高镍奥氏体铸铁外圈102与304不锈钢内圈101之间在内冷镶圈1的上、下两端面各形成一条圆形缝隙(图中未标注),圆形缝隙经焊接后形成圆形的焊缝103,其中,高镍奥氏体铸铁的含镍量大于13%,含镍量按质量分数计算。
激光焊接方法包括以下步骤:
S1:准备工件:利用酒精清理304不锈钢内圈101、高镍奥氏体铸铁外圈102以及焊接夹具的外表面上的杂质以及污物,待304不锈钢内圈101、高镍奥氏体铸铁外圈102晾干后,将清洗后的304不锈钢内圈101以及高镍奥氏体铸铁外圈102放置于旋转平台上并通过焊接夹具进行定位并夹紧固定,使高镍奥氏体铸铁外圈102套于304不锈钢内圈101的外圆表面且使304不锈钢内圈101与高镍奥氏体铸铁外圈102之间圆形缝隙的平均间隙小于0.5mm;
在其他实施例中还可以采用酒精-丙酮混合溶液清洗304不锈钢内圈101、高镍奥氏体铸铁外圈102以及焊接夹具的外表面上的杂质以及污物;
S2:调整焊接送丝机并设定参数:使得焊丝位置与激光的位置重合,设定焊接送丝机的送丝速度为1m/min;
S3:调整激光焊接机并设定参数:使得激光焊接头的激光光线对准304不锈钢内圈101与高镍奥氏体不锈钢之间的圆形缝隙,设定激光焊接头的离焦量F为+5mm、激光焊接机的功率为1120W;
S4:设定变位机参数:设定变位机的转动速度为29rad/s;
S5:焊接内冷镶圈1的其中一面:打开侧吹保护气装置,启动激光焊接机以及变位机,对内冷镶圈1的第一面进行焊接,形成第一条圆形的焊缝103;
S6:翻转内冷镶圈1:焊接完成一圈后,关闭侧吹保护气装置,停止激光焊接机以及变位机,上下翻转内冷镶圈1;
S7:焊接内冷镶圈1的另一面:打开侧吹保护气装置,启动激光焊接机以及变位机,对内冷镶圈1的第二面进行焊接,形成第二条圆形的焊缝103;
S8:结束焊接:关闭侧吹保护气装置,停止激光焊接机以及变位机,将焊接完成的内冷镶圈1从焊接夹具上拆卸,进行下一步的质检工序。
参考图3,采用本发明提供的焊接方法,具有以下优点:
1、激光焊接速度比较快,加工效率高;
2、焊缝103深宽比大,材料熔深约为1.7mm,焊缝103平滑饱满无气孔和裂纹,焊缝103表面光滑,打磨工作量比较小;
3、热输入比较小,内圈与外圈的变形量比较小,减少内、外圈的热胀冷缩;
4、激光填丝,增加高镍奥氏体铸铁和304不锈钢的粘合力,在一定程度上消除应力,减少裂纹的产生,宏观上讲,不同材料的膨胀系数不同,在冷却过程中收缩比不同,焊接完成后,在冷却过程中容易产生裂纹,使用填丝焊增加材料间的粘合度,减少裂纹的产生,微观上讲,不同材料的分子间间隙不同,在焊接时,不容易形成新的分子键,填丝能提高一定的材料占比,使得不同材料之间的分子容易形成分子键,从而形成焊缝103。
以上的激光焊接机、焊接送丝机以及变位机的参数选择是经过实际试验和反复调试所得,采用上述参数还可适用于与本发明实施例中的内冷镶圈的焊缝形式相同的其他304不锈钢工件与高镍奥氏体铸铁工件的焊接,本发明实施例中的焊缝形式为搭接角焊缝。
根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对发明构成任何限制。

Claims (2)

1.一种内冷镶圈的激光焊接方法,所述内冷镶圈包括304不锈钢内圈以及高镍奥氏体铸铁外圈,所述高镍奥氏体铸铁外圈中镍的质量分数大于13%,所述高镍奥氏体铸铁外圈套于所述304不锈钢内圈的外圆表面,所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体铸铁外圈之间位于内冷镶圈的上、下两端面上各形成一条圆形缝隙,所述焊接方法采用的焊接工具包括激光焊接机以及变位机,所述激光焊接机包括机器人、激光焊接头、焊接送丝机以及侧吹保护气装置,所述侧吹保护气装置使用保护气为氩气,所述变位机包括旋转平台以及设置于旋转平台上的焊接夹具,其特征在于,所述焊接方法包括以下步骤:
S1:准备工件:清理所述304不锈钢内圈、所述高镍奥氏体铸铁外圈以及所述焊接夹具外表面上的杂质以及污物,将清洗后的所述304不锈钢内圈以及所述高镍奥氏体铸铁外圈放置于所述旋转平台上并通过所述焊接夹具进行定位并夹紧固定,使所述高镍奥氏体铸铁外圈套于所述304不锈钢内圈的外圆表面且使所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体铸铁外圈之间圆形缝隙的平均间隙小于0.5mm;
S2:调整焊接送丝机并设定参数:使焊丝位置与激光的位置重合,设定焊接送丝机的送丝速度为1m/min;
S3:调整激光焊接机并设定参数:使激光光线对准所述304不锈钢内圈与所述高镍奥氏体不锈钢之间的圆形缝隙,设定激光焊接头的离焦量F为+5mm、激光焊接机的功率为1120W;
S4:设定变位机参数:设定变位机的转动速度为29rad/s;
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S8:结束焊接:关闭侧吹保护气装置,停止激光焊接机以及变位机,将焊接完成的内冷镶圈从焊接夹具上拆卸,进行下一步的质检工序。
2.一种根据权利要求1所述的内冷镶圈的激光焊接方法,其特征在于,所述S1中采用酒精清理所述304不锈钢内圈、所述高镍奥氏体铸铁外圈以及所述焊接夹具外表面上的污物。
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