CN111168205A

CN111168205A - 单晶炉炉底板法兰焊接工艺

Info

Publication number: CN111168205A
Application number: CN201911411923.5A
Authority: CN
Inventors: 张乐
Original assignee: Optical Vacuum Technology Taixing Co ltd
Current assignee: Optical Vacuum Technology Taixing Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111168205B

Abstract

本发明公开了一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺，包括如下工艺步骤：采用熔化极氩弧焊方式将法兰与单晶炉炉底板焊接，坡口形式为单面V型坡口；其中第1道采用自熔焊接、第2道使用1.2mm直径的焊丝、第3道使用1.6mm直径的焊丝、第4、5道使用2.0mm直径的焊丝、第6、7道使用2.5mm直径的焊丝；焊接后进行表面抛光和钝化处理；法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪组件同时在法兰两侧焊接，或者分别在两侧焊接；焊接时在炉底板的水路中通水循环冷却。本发明在单晶炉炉底板的法兰孔上焊接法兰时先自熔焊接一道，然后加丝焊接，并且在焊接时利用炉底板本身的水路通水冷却，能够最大程度保证焊接后没有变形，并且本工艺保证了点焊时的稳定性。

Description

单晶炉炉底板法兰焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺。

背景技术

单晶炉炉体(包括炉底板、主炉室、炉盖、隔离阀室、副炉室、籽晶提升旋转机构和坩埚提升旋转机构)由304L不锈钢制造。主、下炉室为双层筒状结构，两端为法兰结构，通水冷却，并有隔水条保证冷却均匀。主炉室设置了一个测温计窗口，用于测量加热器温度。而如何防止单晶炉其上炉室焊接时产生的变形是本领域亟需解决的一个问题，目前防止或避免焊接变形的方式有：散热法(使受热面积减少而达到减小变形的目的)、反变形法(在焊前进行装配时，预置反方向的变形量为抵消或补偿焊接变形)、刚性固定法(刚性固定法减小变形很有效，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件还有少许变形和较大的残余应力)。目前单晶炉其炉底板上的法兰焊接时有较大的焊接变形，目前很难解决。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺，能够最大程度保证焊接后没有变形，并且本工艺保证了点焊时的稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺，包括如下工艺步骤：

采用熔化极氩弧焊方式将法兰与单晶炉炉底板焊接，坡口形式为单面V型坡口；

其中第1道采用自熔焊接、第2道使用1.2mm直径的焊丝、第3道使用1.6mm直径的焊丝、第4、5道使用2.0mm直径的焊丝、第6、7道使用2.5mm直径的焊丝；焊接后进行表面抛光和钝化处理；

法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪组件同时在法兰两侧焊接，或者分别在两侧焊接；焊接时在炉底板的水路中通水循环冷却。加丝焊接也即除第一道自熔焊接外的其他焊接(采用焊丝的第2道至第7道)。考虑到对称焊缝以及点焊的方式能够减少焊接变形，采用两侧点焊，最终形成对称焊缝；法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪，可同时在法兰两侧焊接，或者分别在两侧焊接(但由于双喷嘴焊枪的设置可以快速完成一圈的点焊，提高工作效率且保证每个点焊点焊接角度及焊枪与焊件距离的恒定，保证了点焊时的稳定性<借鉴类似圆规的结构方式保证每个点焊点焊接角度及焊枪与焊件距离的恒定>)。

进一步的技术方案是，在S1步骤前，焊接前清洁焊缝坡口但不预热；在所述S1步骤中，每焊完一层需彻底清洗焊缝，检査焊缝无缺陷、并等前层焊缝冷却到60℃以下时再焊下层。考虑避免晶间腐蚀，焊前不预热，焊接时采用小电流、短弧、快速焊及窄焊道，不在焊件上随便引弧损伤焊件表面，焊接后迅速冷却，尽量减少焊缝的热影响区；在板多层焊接时，每焊完一层需彻底清洗焊缝，检査焊缝无缺陷后，并等前层焊缝冷却到60℃以下时再焊下层，焊缝接触介质的一面应最后施焊；采用熔化极氩弧焊。(熔化极氩弧焊热影响区更小，焊件的变形更小，耐腐蚀性更好)。

进一步的技术方案是，第1道自熔焊接的坡口深度为9mm，机加工量为3.5～4.5mm；焊丝采用ER308L不锈钢焊丝。

进一步的技术方案为，第1道焊接时的焊接电流为125～157A，焊接电压为12.55～13.90V，焊接速度为170～197mm/min；第2道焊接时的焊接电流为193～198A，焊接电压为15.54～15.59V，焊接速度为187～211mm/min；第1道至第7道焊接的焊接电流均为213～237A，焊接电压均为16.16～18.37V，焊接速度均为124～208mm/min。为避免热裂缝：焊接后加大焊缝的冷却速度,以减少偏析,增加抗裂性。为消除气孔：焊接前需消除氢的主要来源,清洁焊缝坡口。(气孔产生的原因主要是氢引起的,焊缝中产生氢的来源为焊缝坡口处的油脂、受氧化的焊丝等。焊接前需消除氢的主要来源,清洁焊缝坡口,检査焊丝质量,可以最大程度地消除气孔。)最终，表面抛光和钝化处理。(不锈钢表面的刻痕、凹痕、粗糙点和污点都会加快不锈钢的腐蚀,将不锈钢抛光能提高其抗腐蚀能力。不锈钢钝化处理的目的是在不锈钢的表面形成一层氧化膜,经过钝化处理的不锈钢能使其电极电位大大提高,因而提高其抗腐蚀性。)

进一步的技术方案为，双喷嘴焊枪组件包括尺寸小于单晶炉炉底板法兰孔的配重底块，配重底块上设置盲孔，与盲孔适配设有可插入盲孔后转动的支杆，支杆滑动设置在套管内，套管上设有圆孔，与圆孔适配设有拧紧螺栓，套管其远离支杆的一端与焊枪把铰接，焊枪把上固定设置铰接座，焊枪把的一端铰接第一焊枪体，第一焊枪体的一端为第一喷嘴，第一焊枪体上铰接有分支套管，分支套管其远离第一焊枪体的一端铰接第二焊枪体。盲孔为圆孔，支杆为圆柱状。每个焊枪体都是铰接在焊枪把或分支套管上，因此可以调节喷嘴焊接角度及焊枪与焊件的距离达到所需要的合适角度及距离后固定，然后以支杆为转动轴，转动支杆一圈(当然，转动时注意转速，也可以采用电动驱动的方式实现转动的稳定)，即完成单晶炉炉底板的法兰的两侧点焊，既是对称焊缝，又是点焊的方式，能够极大地减少焊接变形。

进一步的技术方案为，第一焊枪体通过铰接座铰接在焊枪把上，分支套管通过铰接座铰接在第一焊枪体上，第二焊枪体通过铰接座铰接在分支套管上；各铰接座的铰接孔上设置转动锁止机构。

进一步的技术方案为，转动锁止机构包括槽钢状的铰接座，铰接座上设有尺寸大于铰接轴的圆柱形通孔，铰接轴转动设置在铰接座其圆柱形通孔中，套管与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，第一焊枪体与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，第二焊枪体与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，每个铰接座上设有与圆柱形通孔垂直的螺纹孔，所述转动锁止机构还包括与前述螺纹孔适配的拧紧螺柱。在需要铰接转动调节时则不装上拧紧螺柱可以自由调节转动件，需要固定转动件(如套管、第一焊枪体、第二焊枪体、分支套管)转动后的位置则转动拧紧螺柱使得拧紧螺柱紧紧抵靠在铰接轴上使得转动件(如套管、第一焊枪体、第二焊枪体、分支套管)的位置被固定。

进一步的技术方案为，双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把内的送丝导管及氩气导管，送丝导管及氩气导管通过第一焊枪体上的通孔延伸设置在第一焊枪体内，氩气导管上还连通设有分支气管，分支气管设置在分支套管内，分支气管通过第二焊枪体上的通孔延伸设置在第二焊枪体内；所述双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把内的焊丝导管，焊丝导管穿过第一焊枪体设置在分支套管内，焊丝导管还通过第二焊枪体上的通孔延伸设置在第二焊枪体内。送丝导管及氩气导管(包括分支气管设置在焊枪把、第一焊枪体及第二焊枪体内，当管子涉及穿过铰接座时，铰接座上对应设有允许管子穿过的孔，为常规技术手段，不赘述)。

进一步的技术方案为，第一道至第七道焊接采用的焊枪为鹅颈式焊枪或手枪式焊枪。

进一步的技术方案为，送丝导管、氩气导管、分支气管及焊丝导管为软管；或所述送丝导管、氩气导管、分支气管及焊丝导管为设有波纹管的软管。具体为波纹管设置在几个铰接座所处的位置，便于在转动调节时尽量避免软管弯曲太多而影响软管的使用寿命。

本发明的优点和有益效果在于：在单晶炉炉底板的法兰孔上焊接法兰时先自熔焊接一道，然后加丝焊接，并且在焊接时利用炉底板本身的水路通水冷却，能够最大程度保证焊接后没有变形，并且本工艺保证了点焊时的稳定性；考虑到对称焊缝以及点焊的方式能够减少焊接变形，采用两侧点焊，最终形成对称焊缝；法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪，可在两侧焊接(由于双喷嘴焊枪的设置可以快速完成一圈的点焊，提高工作效率且保证每个点焊点焊接角度及焊枪与焊件距离的恒定，保证了点焊时的稳定性<借鉴类似圆规的结构方式保证每个点焊点焊接角度及焊枪与焊件距离的恒定>)。考虑避免晶间腐蚀，焊前不预热，焊接时采用小电流、短弧、快速焊及窄焊道，不在焊件上随便引弧损伤焊件表面，焊接后迅速冷却，尽量减少焊缝的热影响区；在板多层焊接时，每焊完一层需彻底清洗焊缝，检査焊缝无缺陷后，并等前层焊缝冷却到60℃以下时再焊下层，焊缝接触介质的一面应最后施焊；采用熔化极氩弧焊。(熔化极氩弧焊热影响区更小，焊件的变形更小，耐腐蚀性更好)。每个焊枪体都是铰接在焊枪把或分支套管上，因此可以调节喷嘴焊接角度及焊枪与焊件的距离达到所需要的合适角度及距离后固定，然后以支杆为转动轴，转动支杆一圈(当然，转动时注意转速，也可以采用电动驱动的方式实现转动的稳定)，即完成单晶炉炉底板的法兰的两侧点焊，既是对称焊缝，又是点焊的方式，能够极大地减少焊接变形。波纹管设置在几个铰接座所处的位置，便于在转动调节时尽量避免软管弯曲太多而影响软管的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺实施例一中炉底板的示意图；

图2是图1中B-B向剖面图；

图3是本发明实施例二中双喷嘴焊枪组件其配重块与其他组件的分解示意图；

图4是图3中其中一个铰接座的侧视图；

图5是图3中第一焊枪体的示意图；

图6是图5中喷嘴的剖面图；

图7是图3中第一焊枪体及第二焊枪体中的送丝导管、氩气导管、分支气管及焊丝导管部分的示意图。

图中：1、法兰；2、炉底板；3、水路；4、配重底块；5、支杆；6、套管；7、拧紧螺栓；8、焊枪把；9、铰接座；10、第一焊枪体；11、第一喷嘴；12、分支套管；13、第二焊枪体；14、圆柱形通孔；15、拧紧螺柱；16、送丝导管；17、氩气导管；18、分支气管；19、焊丝导管；20、波纹管；21、软管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，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。

实施例一：

如图1、图2所示，本发明是一种单晶炉炉底板法兰焊接工艺，包括如下工艺步骤：

采用熔化极氩弧焊方式将法兰1与单晶炉炉底板2焊接，坡口形式为单面V型坡口；

其中第1道采用自熔焊接、第2道使用1.2mm直径的焊丝、第3道使用1.6mm直径的焊丝、第4、5道使用2.0mm直径的焊丝、第6、7道使用2.5mm直径的焊丝；焊接后进行表面抛光和钝化处理；焊接时在炉底板2的水路3中通水循环冷却。第1道自熔焊接的坡口深度为9mm，机加工量为3.5～4.5mm；焊丝采用ER308L不锈钢焊丝。第1道焊接时的焊接电流为125～157A，焊接电压为12.55～13.90V，焊接速度为170～197mm/min；第2道焊接时的焊接电流为193～198A，焊接电压为15.54～15.59V，焊接速度为187～211mm/min；第1道至第7道焊接的焊接电流均为213～237A，焊接电压均为16.16～18.37V，焊接速度均为124～208mm/min。

实施例二：

与实施例一的不同在于，如图3至图7所示(为便于图示，图5未示出铰接座)，法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪组件同时在法兰两侧焊接，或者分别在两侧焊接；在S1步骤前，焊接前清洁焊缝坡口但不预热；在所述S1步骤中，每焊完一层需彻底清洗焊缝，检査焊缝无缺陷、并等前层焊缝冷却到60℃以下时再焊下层。双喷嘴焊枪组件包括尺寸小于单晶炉炉底板法兰孔的配重底块4，配重底块4上设置盲孔，与盲孔适配设有可插入盲孔后转动的支杆5，支杆5滑动设置在套管6内，套管6上设有圆孔，与圆孔适配设有拧紧螺栓7，套管6其远离支杆5的一端与焊枪把8铰接，焊枪把8上固定设置铰接座9，焊枪把8的一端铰接第一焊枪体10，第一焊枪体10的一端为第一喷嘴11，第一焊枪体10上铰接有分支套管12，分支套管12其远离第一焊枪体10的一端铰接第二焊枪体13。第一焊枪体10通过铰接座9铰接在焊枪把8上，分支套管12通过铰接座9铰接在第一焊枪体10上，第二焊枪体13通过铰接座9铰接在分支套管12上；各铰接座9的铰接孔上设置转动锁止机构。转动锁止机构包括槽钢状的铰接座9，铰接座9上设有尺寸大于铰接轴的圆柱形通孔14，铰接轴转动设置在铰接座9其圆柱形通孔14中，套管6与靠近其的铰接座9上的铰接轴固定连接，第一焊枪体10与靠近其的铰接座9上的铰接轴固定连接，第二焊枪体13与靠近其的铰接座9上的铰接轴固定连接，每个铰接座9上设有与圆柱形通孔14垂直的螺纹孔，所述转动锁止机构还包括与前述螺纹孔适配的拧紧螺柱15。双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把8内的送丝导管16及氩气导管17，送丝导管16及氩气导管17通过第一焊枪体10上的通孔延伸设置在第一焊枪体10内，氩气导管17上还连通设有分支气管18，分支气管18设置在分支套管12内，分支气管18通过第二焊枪体13上的通孔延伸设置在第二焊枪体13内；所述双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把8内的焊丝导管19，焊丝导管19穿过第一焊枪体10设置在分支套管12内，焊丝导管19还通过第二焊枪体13上的通孔延伸设置在第二焊枪体13内。第一道至第七道焊接采用的焊枪为鹅颈式焊枪或手枪式焊枪。送丝导管16、氩气导管17、分支气管18及焊丝导管19为软管21；或所述送丝导管16、氩气导管17、分支气管18及焊丝导管19为设有波纹管20的软管21。

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来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，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

1.单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

法兰与炉底板加丝焊接时先两侧点焊，采用双喷嘴焊枪组件同时在法兰两侧焊接，或者分别在两侧焊接；焊接时在炉底板的水路中通水循环冷却。

2.根据权利要求1所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，在所述S1步骤前，焊接前清洁焊缝坡口但不预热；在所述S1步骤中，每焊完一层需彻底清洗焊缝，检査焊缝无缺陷、并等前层焊缝冷却到60℃以下时再焊下层。

3.根据权利要求2所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，第1道自熔焊接的坡口深度为9mm，机加工量为3.5～4.5mm；焊丝采用ER308L不锈钢焊丝。

4.根据权利要求3所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，第1道焊接时的焊接电流为125～157A，焊接电压为12.55～13.90V，焊接速度为170～197mm/min；第2道焊接时的焊接电流为193～198A，焊接电压为15.54～15.59V，焊接速度为187～211mm/min；第1道至第7道焊接的焊接电流均为213～237A，焊接电压均为16.16～18.37V，焊接速度均为124～208mm/min。

5.根据权利要求1或4所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述双喷嘴焊枪组件包括尺寸小于单晶炉炉底板法兰孔的配重底块，配重底块上设置盲孔，与盲孔适配设有可插入盲孔后转动的支杆，支杆滑动设置在套管内，套管上设有圆孔，与圆孔适配设有拧紧螺栓，套管其远离支杆的一端与焊枪把铰接，焊枪把上固定设置铰接座，焊枪把的一端铰接第一焊枪体，第一焊枪体的一端为第一喷嘴，第一焊枪体上铰接有分支套管，分支套管其远离第一焊枪体的一端铰接第二焊枪体。

6.根据权利要求5所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述第一焊枪体通过铰接座铰接在焊枪把上，分支套管通过铰接座铰接在第一焊枪体上，第二焊枪体通过铰接座铰接在分支套管上；各铰接座的铰接孔上设置转动锁止机构。

7.根据权利要求6所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述转动锁止机构包括槽钢状的铰接座，铰接座上设有尺寸大于铰接轴的圆柱形通孔，铰接轴转动设置在铰接座其圆柱形通孔中，套管与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，第一焊枪体与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，第二焊枪体与靠近其的铰接座上的铰接轴固定连接，每个铰接座上设有与圆柱形通孔垂直的螺纹孔，所述转动锁止机构还包括与前述螺纹孔适配的拧紧螺柱。

8.根据权利要求5所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把内的送丝导管及氩气导管，送丝导管及氩气导管通过第一焊枪体上的通孔延伸设置在第一焊枪体内，氩气导管上还连通设有分支气管，分支气管设置在分支套管内，分支气管通过第二焊枪体上的通孔延伸设置在第二焊枪体内；所述双喷嘴焊枪组件还包括设置在焊枪把内的焊丝导管，焊丝导管穿过第一焊枪体设置在分支套管内，焊丝导管还通过第二焊枪体上的通孔延伸设置在第二焊枪体内。

9.根据权利要求7所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述第一道至第七道焊接采用的焊枪为鹅颈式焊枪或手枪式焊枪。

10.根据权利要求8所述的单晶炉炉底板法兰焊接工艺，其特征在于，所述送丝导管、氩气导管、分支气管及焊丝导管为软管；或所述送丝导管、氩气导管、分支气管及焊丝导管为设有波纹管的软管。