CN110434463A - 辐照样品架的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐照样品架的激光焊接方法，所述辐照样品架的激光焊接方法包括：装配辐照样品架并放置于一工作平台上；调整激光焊机的位置，使激光焦点对准焊接间隙；安装激光焊接气体保护装置并接通保护气，使喷气口对准焊接间隙；进行定位焊；进行深熔焊；进行修饰焊；在所述焊接间隙焊接完成后，对所有形成焊缝进行焊后热处理；本发明所述辐照样品架的激光焊接方法通过移动激光输出端来完成焊接，实现一次焊接成形，提高焊接效率。

Description

辐照样品架的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种辐照样品架的激光焊接方法。

背景技术

目前，焊接辐照样品架的焊接方法是真空电子束焊。真空电子束焊的能量密度高，熔宽比大，焊接变形小，能够满足对辐照样品架焊缝的焊透。

但是，真空电子束焊也存在很多问题。一方面，受真空室大小限制，无法一次性完成2m长焊接间隙的焊接，需要多次移动工件并抽真空。但是，每一次抽真空用时半小时，多次抽真空会影响焊接效率，而且多个重复焊接接头也对焊缝质量有不利影响。另一方面，辐照样品架的重量超过真空电子束设备的承重上限，因而无法继续使用真空电子束焊接。

因此，亟需提供一种辐照样品架的激光焊接方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种辐照样品架的激光焊接方法。

为了实现上述目的，本发明所述辐照样品架的激光焊接方法采取了以下技术方案。

一种辐照样品架的激光焊接方法，其中，所述辅照样品架包括一底板和一盖板，所述激光焊接方法包括：

完成底板和盖板的装配，并将装配好的辐照样品架放置于一工作平台上；

调整激光焊机的位置，使激光焦点对准焊接间隙；

安装并调整激光焊接气体保护装置，使喷气口对准焊接间隙；

对所有焊接间隙进行定位焊；

对所有焊接间隙进行深熔焊；

对所有焊接间隙进行修饰焊；

在所述焊接间隙焊接完成后，对所有形成焊缝进行焊后热处理。

进一步，在完成底板和盖板的装配过程中，对底板和盖板采用手工氩弧焊进行点固定。

进一步，在调整激光焊机的位置时，所述激光焊机为平位或横位。

进一步，所述定位焊或所述深熔焊采用全长度或分段的方式。

进一步，对所有焊接间隙进行定位焊或深熔焊或修饰焊的过程均包括：

设定焊接路径：包括初步设定焊接路径、模拟焊接路径以及校正焊接路径；

设定激光焊接参数；

设定保护气的气体流量；

对所有焊接间隙进行焊接。

进一步，对所有焊接间隙进行定位焊的激光焊接参数为：激光功率4kW～5kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0mm。

进一步，对所有焊接间隙进行深熔焊的激光焊接参数：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。

进一步，对所有焊接间隙进行修饰焊的激光焊接参数：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。

本发明所述辐照样品架的激光焊接方法的有益效果是：

(1)通过用工装使工件固定，移动激光输出端的来完成焊接，解决了焊接设备承载重量限制的问题，同时能满足焊后直线度的要求；

(2)本发明辐照样品架的激光焊接方法能实现焊缝一次成形，相对于真空电子束焊效率更高。

附图说明

图1是辐照样品架的示意图。

图2是辐照样品架的激光焊接方法流程图。

图3是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的布局设置的一实施例的示意图，其中以激光输出端指代激光焊机。

图4是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的布局设置的另一实施例的示意图，其中以激光输出端指代激光焊机。

图5是激光焊接气体保护装置的示意图。

图6是固定块的主视图的剖视图。

图7是喷嘴的主视图的剖视图。

图8是激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的布局设置的示意图。

图9是图6的局部细节放大图。

附图中标号分别为：

10、工作平台； 20、辐照样品架；

21、底板； 22、盖板；

23、沟槽； 30、激光焊接气体保护装置；

31、安装基架； 311、调整杆；

312、吊架； 32、固定块；

321、通气通道； 322、混合通道；

33、喷嘴； 331、喷气通道；

3311、喷气入口段； 3312、喷气出口段；

331a、喷气口； 331b、喷气槽；

332、连接座； 333、片状喷嘴；

34、气管接头； 40、激光焊机(激光输出端)；

L、焊接间隙； V、间隔空间。

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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是辐照样品架的示意图。如图1所示，所述辐照样品架20包括一底板21和至少一盖板22。

请参考图1，在所述底板21上设置有至少一沟槽23，每一所述盖板22与至少一所述沟槽23配合并装配于所述沟槽23内。并且，每一所述盖板22和与其配合的所述沟槽23的侧边之间留有间隙，所述间隙为焊接间隙L。相邻的所述盖板22之间的形成有一间隔空间V，所述间隔空间V的宽度范围为15～20mm，深度范围为30～50mm。

请继续参见图1，在本实施例中，所述辐照样品架20包括一块底板21和两到三块盖板22，所述辐照样品架20的总重量约400KG。相邻的所述盖板22之间形成的所述间隔空间V的宽度为20mm，深度为30mm。并且在每一所述间隔空间V内有两条8～16mm的全焊透焊缝(由所述焊接间隙L焊接形成)，所述全焊透焊缝长度可达2m。

图2是辐照样品架的激光焊接方法流程图。图3是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的设置的一实施例的示意图，其中以激光输出端指代激光焊机。图4是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的设置的另一实施例的示意图，其中以激光输出端指代激光焊机。

如图2所示，本发明提供一种辐照样品架的激光焊接方法，所述辐照样品架的激光焊接方法能实现本发明所述辐照样品架20的焊接。本发明所述辐照样品架的激光焊接方法包括以下步骤：

(1)完成底板和盖板的装配，并将装配好的辐照样品架放置于一工作平台上；

请参考图1、图3和图4，所述焊接工件为所述盖板22和所述底板21，待焊接位置为所述盖板22和所述底板21的之间的焊接间隙L。在焊接加工前，需要在装配工位完成所述底板21和所述盖板22的装配，即，将所述盖板22放置于所述底板21上的对应的沟槽23内，并调整所述盖板22两侧的焊接间隙L的大小，避免在焊接过程中因为两工件之间由于一侧的焊接间隙L太大，而导致焊接间隙L中的空气进入到工件间，可能使得焊接不彻底，或者产生虚焊等，从而影响了焊接的质量。

在本实施例中，所述盖板22和所述底板21采用9～16mm厚不锈钢材质制成，并且在装配过程中能采用手工氩弧焊对两者进行点固定。

请参考图3和图4，在完成上述底板21和盖板22的装配后，要将装配好的辐照样品架20置于一工作平台上10。所述工作平台10的最大承重要满足所述辐照样品架20的要求。通过将辐照样品20架固定在工作平台上，能避免激光或焊接设备对工件长度和承重的限制。

在实际应用中，本发明所述辐照样品架的激光焊接方法并不对所述工作平台10的结构或形状进行限制，只要能达到相应的承载固定所述工件的效果，均在本发明的保护范围之内。

此外，为了防止所述盖板22和底板21上的杂质或者其他不干净的物质在焊接过程中掺入焊接好的辐照样品架中，而导致虚焊或者焊接后辐照样品架20的性能达不到预定的要求，在进行焊接操作前，本发明实施例需要对待焊接的所述盖板22和所述底板21进行相应的清洁处理。在具体实施时，所述清洁处理过程包括机溶剂浸泡、清洁设备擦拭以及干燥等措施等等。本发明所述辐照样品架的激光焊接方法对待焊接工件的清洁处理方式也不做限制，可根据实际情况进行处理。

(2)调整激光焊机的位置，使激光焦点对准焊接间隙；

根据激光焊接工艺要求和方位要求，调整激光焊机40相对焊接间隙L的位置，以实现激光焦点对准焊接间隙L。

请继续参考图3和图4，图3是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的设置的一实施例的示意图，图4是激光焊机、激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的设置的另一实施例的示意图，图3和图4中均以激光输出端40指代激光焊机40。

请参见图3，所述激光焊机40位于平焊位置。详细地讲，所述激光焊机40调整至所述焊接间隙L的上方，并且激光焦点对准所述焊接间隙L。

请参见图4，在另一种实施例中，与所述图3中的所述激光焊机40的设置方位不同之处在于，所述激光焊机40位于横焊方位，即所述将激光焊机40调整至所述焊接间隙L侧面，激光焦点对准所述焊接间隙L。

在具体实施时，所述激光焊机40能采用市销的现有激光焊机机器人或激光焊接设备。

(3)安装激光焊接气体保护装置并接通保护气气源，使喷气口对准焊接间隙；

将激光焊接气体保护装置安装于所述激光焊机40或一移动设备上，并将保护气出口对准焊接间隙L。在本实施例中，所述激光焊接气体保护装置需要能深入所述间隔空间V内，以实现保护气对准焊接间隙L出射。

如图5、图6以及图7所示，图5是激光焊接气体保护装置的示意图，图6是所述固定块的主视图的剖视图，图7是喷嘴的主视图的剖视图。以下将结合图5、图6以及图7详细描述所述激光焊接气体保护装置30的结构。

如图5所示，所述激光焊接气体保护装置30包括一安装基架31、一固定块32、一喷嘴33以及多个气管接头34。其中，所述安装基架31能用于所述激光焊气体保护装置的安装。

如图6所示，所述固定块32连接于所述安装基架31上，并且所述固定块32具有至少一供气体穿过的通气通道321，每一所述通气通道321用于连接一部保护气气源。在本实施例中，所述固定块20与所述安装基架31上可调式连接。

如图5所示，在所述固定块32的上连接一所述喷嘴33。请参考图7，所述喷嘴33具有一供由所述通气通道321穿出的气体穿过的喷气通道331，并且，所述喷气通道331包括喷气入口段3311和喷气出口段3312；其中，所述喷气入口段3311与每一所述通气通道321相连通，在所述喷气出口段3312的出气口处形成有喷气口331a，所述喷嘴33的至少对应所述喷气出口段3312的区域呈片状，在所述喷气出口段3312的侧壁上开设有一喷气槽331b，所述喷气槽331b与所述喷气口331a相邻接并呈一夹角，用于以形成平吹气流。

请继续参考图5，在所述固定块32的背离所述喷嘴33的一侧连接有多个气管接头34，用于实现与保护气气源的连接。具体地，每一所述气管接头34插接于一所述通气通道321进口处，用于将保护气由所述通气通道321导入。也就是说，所述激光焊接气体保护装置30通过所述气管接头34用于连接保护气气源。具体实施时，所述保护气气源可以为是氩气、氮气或其他不易氧化的气体。

通过利用喷气出口段3312的片状结构，所述激光焊接气体保护装置30能实现将所述激光焊接气体保护装置30深入所述间隔空间V内，进而实现更好的保护所述间隔空间V中的焊缝成形效果；通过设置喷气槽331b，能形成平吹气流，起到保护熔池、吹除等离子体及烟尘的效果。

图8是激光焊接气体保护装置、辐照样品架以及工作平台的设置示意图，图9是图8的局部细节放大图，以下将结合图8以及图9详细描述所述激光焊接气体保护装置30的布置和使用方法。

请参考图8和图9，具体使用时，将所述激光接气体保护装置30通过调整杆311安装在激光焊机40上或一运动设备上，并将每一所述气管接头34与保护气气源连接；将喷嘴33深入间隔空间V内，并调整所述喷嘴33的角度和方位，以使喷气口331a对准所述间隔空间V内的一焊接间隙L。

请参考图9，在本实施例中，所述喷气口331a出口端面与所述焊接间隙L近似平行相对设置，所述喷气槽331b的出口方向沿着所述焊接间隙L朝向所述激光焦点。

(4)对所有焊接间隙进行定位焊；

利用所述激光焊机40对所述辐照样品架20的所有焊接间隙L，进行激光定位焊接。通过定位焊接，每一所述盖板22和所述底板21的装配位置和焊接间隙L就被固定了，能防止焊缝变形，以焊接出均匀的焊缝。同时，能使经过焊接的辐照样品架20保持或接近施工图规定和要求的形状和尺寸。

对所有焊接间隙L进行定位焊的过程包括以下步骤：a、设定焊接路径；b、设定激光焊接参数；c、设定保护气的气体流量；d、对所有焊接间隙进行焊接。

其中，在上述步骤a中，设定焊接路径包括：初步设定焊接路径、模拟焊接路径以及校正焊接路径等过程。需要指出的是，所述设定焊接路径是指在激光焊机40的程序中设定激光输出端的相对所有焊接间隙L的走位动作。在对所述激光定位焊阶段，需要在激光焊机40的中设定需要进行焊接定位的位置。同时，所述激光定位焊可采用全长度或分段的方式。当采用分段式焊接时，每段长度100mm，每段间隔100mm。

在上述步骤b中，激光定位焊接中设定的参数为：激光功率4kW～5kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0mm。

在上述步骤c中，保护气的流量不宜过小，过小无法保证保护气覆盖全部的焊接路径；保护气的流量也不宜过大，气流过大不仅浪费资源，而且会可能造成紊流，使保护气中掺入空气，同时，也可能因气流冲击造成焊缝变形。

在上述步骤d中，在焊接过程中，根据激光焊机40设置的横位或平位。

(5)对所有焊接间隙进行深熔焊；

利用所述激光焊机40对所述辐照样品架20的所有焊接间隙L，进行激光深熔焊接。通过所述激光深熔焊接，能实现所有焊接间隙L成形为全焊透焊缝。特别是在本实施例中，所述辐照样品架20的焊缝间距L的深度达到8～16mm。

对所有焊接间隙L进行深熔焊的过程包括以下步骤：a、设定焊接路径；b、设定激光焊接参数；c、设定保护气的气体流量；d、对所有焊接间隙进行焊接。

其中，在述步骤a中，设定焊接路径包括：初步设定焊接路径、模拟焊接路径以及校正焊接路径过程。即，通过上述反馈模式，在所述激光焊机40的程序中设定激光输出端在进行深熔焊过程中相对所有焊接间隙L的走位动作。所述激光定位焊可采用全长度或分段的方式，当采用分段式焊接时，每段长度100mm，每段间隔100mm。

在上述步骤b中，激光深熔焊的设定的参数为：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。

在上述步骤c中，保护气的流量不宜过小，过小无法保证保护气覆盖全部的焊接路径；保护气的流量也不宜过大，气流过大不仅浪费资源，而且会可能造成紊流，使保护气中掺入空气，同时，也可能因气流冲击造成焊缝变形。

在上述步骤d中，在焊接过程中，根据激光焊机40设置的横位或平位。

(6)对所有焊接间隙进行修饰焊；

利用所述激光焊机40对所述辐照样品架20的所有焊接间隙L，进行修饰激光修饰焊接。通过所述激光修饰焊接，能修饰调整焊缝的形貌和性能，并能消除焊缝咬边现象，从而能获得低焊接应力，无咬边、气孔等缺陷的高质量焊缝。

对所有焊接间隙L进行修饰焊的过程包括以下步骤：a、设定焊接路径；b、设定激光焊接参数；c、设定保护气的气体流量；d、对所有焊接间隙进行焊接。

其中，在述步骤a中，设定焊接路径包括：初步设定焊接路径、模拟焊接路径以及校正焊接路径等操作过程。所述设定焊接路径是指在激光焊机40的程序中设定在激光修饰焊接过程中，激光焊机40的相对所有焊接间隙L的走位动作。在激光修饰焊接中，焊接路径能以实际需要进行修饰焊接的焊缝的分布和位置，进行确定和调整。

上述步骤b中，激光修饰焊接设定的参数为：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。

在上述步骤c中，保护气的流量不宜过小，过小无法保证保护气覆盖全部的焊接路径；保护气的流量也不宜过大，气流过大不仅浪费资源，而且会可能造成紊流，使保护气中掺入空气，同时，也可能因气流冲击造成焊缝变形。

在上述步骤d中，在激光修饰焊接过程中，所述激光焊机40设置的横位或平位。

(7)在所有焊接间隙焊接完成后，对所有焊缝进行焊后热处理。

本发明所述辐照样品架的激光焊接方法，通过固定焊接件而移动激光输出端来，完成辐照样品架的焊接，并且能一次焊接成型，相对于真空电子束焊效率更高；通过设计激光焊接气体保护装置30，使其能深入间隔空间V中，更好的保护焊缝成型效果；通过对焊接间隙依次进行定位焊、深熔焊以及修饰焊，能获得距离均匀、完全焊透，且表面质量和性能好的高质量焊缝。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种辐照样品架的激光焊接方法，其中，所述辅照样品架包括一底板和一盖板，其特征在于，所述激光焊接方法包括：

完成底板和盖板的装配，并将装配好的辐照样品架放置于一工作平台上；

调整激光焊机的位置，使激光焦点对准焊接间隙；

安装并调整激光焊接气体保护装置，使喷气口对准焊接间隙；

对所有焊接间隙进行定位焊；

对所有焊接间隙进行深熔焊；

对所有焊接间隙进行修饰焊；

在所述焊接间隙焊接完成后，对所有形成焊缝进行焊后热处理。

2.根据权利要求1所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，在完成底板和盖板的装配过程中，对底板和盖板采用手工氩弧焊进行点固定。

3.根据权利要求1所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，在调整激光焊机的位置时，所述激光焊机为平位或横位。

4.根据权利要求1所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，所述定位焊或所述深熔焊采用全长度或分段的方式。

5.根据权利要求1所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，对所有焊接间隙进行定位焊或深熔焊或修饰焊的过程均包括：

设定焊接路径：包括初步设定焊接路径、模拟焊接路径以及校正焊接路径；

设定激光焊接参数；

设定保护气的气体流量；

对所有焊接间隙进行焊接。

6.根据权利要求5所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，对所有焊接间隙进行定位焊的激光焊接参数为：激光功率4kW～5kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0mm。

7.根据权利要求5所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，对所有焊接间隙进行深熔焊的激光焊接参数：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。

8.根据权利要求5所述的辐照样品架的激光焊接方法，其特征在于，对所有焊接间隙进行修饰焊的激光焊接参数：激光功率10kW、焊接速度15～20mm/s、离焦量0～-1mm。