CN110722265A - 一种控制高能束焊接变形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制高能束焊接变形的方法，主要应用于激光焊接、电子束焊接领域，其基本原理是利用设计焊接坡口来影响金属熔体的流动行为和分布状态，在凝固过程中形成特殊的应力分布来达到减小焊接变形的目的。焊接接头的特征是钝边在接头上方，而在下方预留一定形状的坡口间隙，这种形式的坡口可使高能束焊的深熔小孔更容易贯通，使熔液流动更加顺畅，下方的间隙可将更多的熔体和热量带到下方，熔体和能量上下分配更加均衡。由于开坡口去除的材料体量很小，所以对整个焊缝截面的影响甚微，可不用专门添加焊接材料。该发明不仅能有效减小焊接变形，改善焊接过程的稳定性，并且易于实施，具有推广价值。

Description

一种控制高能束焊接变形的方法
技术领域
本发明属于高能束焊接技术领域，具体涉及一种控制高能束焊接变形的方法。
背景技术
焊接变形是熔接过程中最为常见的主要焊接缺陷之一，一旦产生处理起来既困难又繁琐，在一定程度上限制了焊接技术的推广应用。高能束焊接和其它熔焊方法一样，尽管其比普通的弧焊变形小很多，但焊接变形也不可避免，因此焊接变形也是高能束焊接需要直接面对的问题之一。
通常情况下焊缝的横截面形状呈现为上下不一致的上宽下窄，正是由于焊缝的这种均匀性导致焊缝不同位置的收缩量不相同，产生的后果就是工件的变形。通常情况下减小焊接变形的方法，比如优化焊接顺序，焊前预热、预留反变形，焊接过程刚性固定，焊后缓冷、热处理与矫正等，但多数抑制焊接变形的方法都有其局限性，成本和时间消耗大，有的需要专门设备，有些效果则不明显。通过热处理去应力方式，很多焊接结构要带着工装卡具进炉子进行去应力退火，成本与时间随着工件的尺寸与重量逐渐增加，且存在风险。有些工件则由于自身的特殊性，无法通过炉中退火的方式去除焊接残余应力，那么工件中的残余应力不仅会影响工件的加工精度，而且会对工件的疲劳等使用性能产生很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于在进行高能束焊接时，结合高能束穿透能力强、焊缝深宽比大等特点，通过改变焊接接头的形状，减小焊接变形。本发明在于提供一种新的减小焊接变形的方法，通过改变焊缝截面的对称度来减小焊缝上下部位的应力的不对称性，得到减小焊接变形的效果。
本发明的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤一、加工坡口：将两个待焊工件之间加工出带钝边的坡口；
步骤二、装配：将两个待焊工件的焊接面利用酒精或丙酮清洗干净后置于焊接平台上，将坡口一面装配在下方，钝边一面装配在上方，通过压板将工件固定；
步骤三、焊接：通过高能束焊接方法对工件进行焊接。
优选的，钝边的厚度为板厚的30％-90％。
优选的，坡口的形状是矩形、梯形、三角形中任一种。
优选的，坡口的宽度最大不超过0.6mm。
优选的，所述的高能束焊接方法，为激光焊接或高能束焊接。
优选的，所述的高能束焊接时在焊缝正反面通过惰性气体进行保护。
优选的，所述的激光焊接为激光自熔焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊接。
优选的，所述的激光焊接所采用的激光器为Nd：YAG激光器、光纤激光器、半导体激光器或CO2激光器之一。
优选的，所述的激光自熔焊为激光扫描自熔焊或激光非扫描自熔焊。
优选的，所采用的激光器产生的激光光束模式为单模或多模。
优选的，所束的激光扫描自熔焊，其扫描路径为锯齿形轨迹扫描、矩形轨迹扫描或圆形轨迹扫描。
本发明的有益效果在于：
通常情况下，焊缝上部吸收的能量大，通过小孔的侧壁和熔池后方的熔体流动，进入焊缝底部的能量比例较小。本发明通过将坡口设计在下方，人为在焊接熔池下方形成小孔通道，影响焊接熔池的流动过程，强迫熔池金属从熔池上方流到熔池下方，使熔池溶液流动更加通畅。首先，下方坡口的存在会导致流入坡口间隙的金属溶液的收缩，收缩会对横向和纵向都会产生影响，也会抵抗焊缝的横向与纵向的应力、变形。
其次，人为改变了深熔焊接小孔的行为方式，能量的分布形式也发生了变化，改善焊缝的背面成形，焊缝背面成形优良从而将更多的能量带到熔池底部。焊缝的上下对称性更好。再次，由于坡口底部的空腔更容易使高能束穿透到下方，两者结合可使增深效果和变形效果的作用结果更加显著。
本发明能够有效地减小焊接过程的横向、纵向变形，可以对利用高能束焊接方式的一次性穿透焊工件进行变形控制，操作简单易行，可做到单面焊接双面成形，并且可有效抑制焊接结构变形。适合于高能束焊接结构的变形预防及控制。
附图说明
图1是本发明所述的一种控制高能束焊接变形方法的焊接装配示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施方式1的一种控制高能束焊接变形的方法，按以下步骤进行：
步骤一、加工坡口：将两个待焊工件之间加工出带钝边的坡口。
步骤二、装配：将两个待焊工件的焊接面利用酒精或丙酮清洗干净后置于焊接平台上，将坡口一面装配在下方，钝边一面装配在上方，通过压板将工件固定。
步骤三、焊接：通过高能束焊接方法对工件进行焊接。参见图1。
具体地，本实施例中的焊接方式为激光非扫描自熔焊；
具体地，本实施例中的采用的激光器为光纤激光器，光束模式为多模；
具体地，本实施例中的坡口深度为5mm，坡口宽度为0.3mm；
具体地，本实施例中的钝边厚度为5mm；
具体地，本实施例中的工件为10mm厚不锈钢板；具体地，本实施例中采用的焊接工艺参数为激光功率6kW，焊接速度2m/min；
具体地，本实施例中正反面利用惰性气体进行保护。
实施例2
本实施方式2的一种控制高能束焊接变形的方法，按以下步骤进行：
步骤一、加工坡口：将两个待焊工件之间加工出带钝边的坡口。
步骤二、装配：将两个待焊工件的焊接面利用酒精或丙酮清洗干净后置于焊接平台上，将坡口一面装配在下方，钝边一面装配在上方，通过压板将工件固定。
步骤三、焊接：通过高能束焊接方法对工件进行焊接。
具体地，本实施例中的焊接方式为激光非扫描自熔焊；
具体地，本实施例中的采用的激光器为光纤激光器，光束模式为多模；
具体地，本实施例中的坡口深度为6mm，坡口宽度为0.3mm；
具体地，本实施例中的钝边厚度为14mm；
具体地，本实施例中的工件为20mm厚不锈钢板；
具体地，本实施例中采用的焊接工艺参数为激光功率15kW，焊接速度2m/min；
具体地，本实施例中正反面利用惰性气体进行保护。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤一、加工坡口：将两个待焊工件之间加工出带钝边的坡口；
步骤二、装配：将两个待焊工件的焊接面利用酒精或丙酮清洗干净后置于焊接平台上，将坡口一面装配在下方，钝边一面装配在上方，通过压板将工件固定；
步骤三、焊接：通过高能束焊接方法对工件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：钝边的厚度为板厚的30％-90％。
3.根据权利要求1所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：坡口的形状是矩形、梯形、三角形中任一种。
4.根据权利要求1所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：坡口的宽度最大不超过0.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所述的高能束焊接方法，为激光焊接或高能束焊接。
6.根据权利要求1所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所述的高能束焊接时在焊缝正反面通过惰性气体进行保护。
7.根据权利要求5所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所述的激光焊接为激光自熔焊、激光填丝焊或激光电弧复合焊接。
8.根据权利要求5所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所述的激光焊接所采用的激光器为Nd：YAG激光器、光纤激光器、半导体激光器或CO2激光器之一。
9.根据权利要求7所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所述的激光自熔焊为激光扫描自熔焊或激光非扫描自熔焊。
10.根据权利要求7所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所采用的激光器产生的激光光束模式为单模或多模。
11.根据权利要求9所述的一种控制高能束焊接变形的方法，其特征在于：所束的激光扫描自熔焊，其扫描路径为锯齿形轨迹扫描、矩形轨迹扫描或圆形轨迹扫描。
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