CN111702300A - 一种钣金类零件的焊接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，公开了一种钣金类零件的焊接方法及系统，焊接方法包括以下步骤：通过激光清理方式清理待焊接零件的焊接面；组装激光清理后的待焊接零件，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊，然后将待焊接零件装配在焊接夹具上；根据预设焊接参数通过真空电子束焊，首先在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，然后对待焊接零件连接处进行封焊。通过在焊接前就采用激光清理技术，有效去除了待焊接零件焊接面的氧化皮等脏物，继而通过氩弧焊背面定位焊和真空电子束正面定位焊相结合方式，有效的保证了钣金类零件的焊接质量。

Description

一种钣金类零件的焊接方法及系统

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种钣金类零件的焊接方法及系统。

背景技术

目前，燃气轮机中有很多钣金件如壁、燃烧室外外壳、防喘室壳体等，其材料一般为不锈钢、马氏体不锈钢和高温合金等，燃气轮机组成基本由一个圆筒或锥筒和两个安装边组成，圆筒或锥筒一般为钣金件，不同零件之间通过真空电子束焊焊接连接。

但是，由于真空电子束焊接对于零件的装配精度要求较高，一般要求零件的对接间隙不超过0.05mm，钣金件装配质量很难满足真空电子束焊对对接间隙的要求，进而导致零件焊接完成后，在后续的X光射线检查中，经常出现黑线、未熔合等焊接缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中现有钣金类零件焊接后经常出现黑线、未熔合等焊接缺陷的缺点，提供一种钣金类零件的焊接方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一方面，一种钣金类零件的焊接方法，包括以下步骤：

S1：通过激光清理方式清理待焊接零件的焊接面；

S2：组装激光清理后的待焊接零件，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊，然后将待焊接零件装配在焊接夹具上；

S3：根据预设焊接参数通过真空电子束焊，在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，然后对待焊接零件连接处进行封焊和正式焊。

本发明钣金类零件的焊接方法进一步的改进在于：

还包括：A1：检测待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度，当待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度均≤2高斯时，进行S1；否则，更换待焊接零件以及焊接夹具。

所述S1的具体方法为：

S1-1：将待焊接零件定位在清理工装上，将待焊接零件的焊接面尺寸参数输入激光清理设备，激光清理设备根据焊接面尺寸参数，通过编程得到焊接面清理轨迹程序；

S1-2：选取与待焊接零件同材料的激光清理试板，通过同一激光清理设备对激光清理试板进行激光清理试验，确定待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率；

S1-3：激光清理设备根据焊接面清理轨迹程序以及待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率，进行焊接面的激光清理，直至焊接面露出金属光泽。

所述S1还包括：S1-4：用绸布蘸取丙酮对激光清理后的焊接面进行清洗，直至绸布不见黑。

所述S2中通过零氩弧焊在待焊接件连接处的背面进行第一次定位焊的具体方法为：对待焊接零件连接处的背面通过氩弧焊均布8～16个焊点，完成第一次定位焊。

所述S3中的预设焊接参数通过以下方式得到：

T1：选取与待焊接零件的连接处同厚度、同材料和同状态的焊接试板；

T2：将焊接试板夹持在焊接夹具上，且焊接试板与待焊接零件的连接处距离焊接夹具的高度一致；然后进行若干次真空电子束焊试验，每次真空电子束焊试验均选用不同的焊接参数；

T3：对焊接完成的焊接试板的若干焊缝进行金相检测和X光检验，将符合预设要求的焊缝对应的焊接参数，作为待焊接零件的预设焊接参数。

所述S3中对待焊接零件连接处进行封焊的次数为一次或两次。

所述S3中对待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊的具体方法为：对待焊接零件连接处的正面通过真空电子束焊进行对称8点整体定位焊，完成第二次定位焊。

所述真空电子束焊采用穿透焊焊接方式。

本发明另一方面，一种钣金类零件的焊接系统，包括：

激光清理装置，用于待焊接零件的焊接面的激光清理；

氩弧焊装置，用于通过氩弧焊对激光清理并组装后的待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊；

以及真空电子束焊装置，用于通过真空电子束焊根据预设焊接参数在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，并对待焊接零件连接处进行封焊和正式焊。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明钣金类零件的焊接方法，在进行焊接前，首先通过激光清理方式清理待焊接零件的焊接面，有效去除了焊接面上的氧化皮、脏物等杂质，使焊接表面露出银白色的金属光泽，便有实现焊接和保持焊接的稳定；在焊接过程中，采用氩弧焊和真空电子束焊相结合的方式，首先采用氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊，然后通过真空电子束焊在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，钣金类零件由于加工后尺寸精度较差导致装配质量下降，尤其是对接间隙较大及错边较为严重，不能满足电子束焊接装配质量要求，通过在背面进行氩弧焊定位焊和电子束表面双重定位焊的方式更好的保证对接间隙和错边量；最后通过真空电子束焊进行封焊和正式焊。其中，第一次定位焊后将待焊接零件装配在焊接夹具上进行后续的焊接，在焊接夹具的定位和固定后，将零件送入真空室进行电子束定位焊，在焊接夹具的定位和固定作用下，有效减小装配质量差导致间隙过大问题，进而提升真空电子束焊的合格率。经过试验，采用本发明钣金类零件的焊接方法后，焊接一次合格率提升35％。

进一步的，检测待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度，当待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度均≤2高斯时，才进行焊接，确保零件及焊接夹具磁通密度均≤2高斯，这样不会引起束流偏转，保证电子束焊接质量。

进一步的，给出了激光清理参数的得到方法，通过利用同材料的激光清理试板进行激光清理试验，确定待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率，进而有效的实现待焊接零件的激光清理。

进一步的，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面均布8～16个焊点，完成第一次定位焊，保证零件后续的装配质量，提升了对接间隙和错边量。

进一步的，给出了预设焊接参数的得到方法，通过利用同厚度、同材料和同状态的焊接试板进行焊接试验得到最优的焊接参数设置为预设焊接参数，极大的提高了焊接的合格率，有效的保证了钣金类零件的焊接质量。

进一步的，对待焊接零件连接处进行封焊的次数为一次或两次，有效保证待焊接零件封焊完整。

进一步的，真空电子束焊采用穿透焊焊接方式，采用穿透焊的焊接方式能够有效提避免黑线、气孔的出现。

本发明钣金类零件的焊接系统，设置激光清理装置、氩弧焊装置和真空电子束焊装置，通过激光清理装置进行待焊接零件的焊接面的激光清理，有效去除焊接面的氧化皮、脏物等杂质，使焊接表面露出银白色的金属光泽，便有实现焊接和保持焊接的稳定；进而通过氩弧焊装置进行第一次定位焊，对于保证零件装配质量有提升，然后通过真空电子束焊装置进行第二次定位焊和封焊，通过在背面进行氩弧焊定位焊和电子束表面双重定位焊的方式更好的保证对接间隙和错边量，有效的保证了钣金类零件的焊接质量。

附图说明

图1为本发明的钣金类零件的焊接方法流程框图；

图2为本发明实施例的壳体零件焊缝结构示意图。

其中：1-法兰零件；2-圆筒；3-环形连接处。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明钣金类零件的焊接方法，包括以下步骤：

S1：通过激光清理方式清理待焊接零件的焊接面，具体的：

S1-1：将待焊接零件定位在清理工装上，将待焊接零件的焊接面尺寸参数输入激光清理设备，可以选用CL500激光清理设备，激光清理设备根据焊接面尺寸参数，通过编程得到焊接面清理轨迹程序；

S1-2：选取与待焊接零件同材料的激光清理试板，通过同一激光清理设备对激光清理试板进行激光清理实验，确定待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率；

S1-3：激光清理设备根据焊接面清理轨迹程序以及待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率，进行焊接面的激光清理，直至焊接面露出金属光泽；

S1-4：用绸布蘸取丙酮对激光清理后的焊接面进行清洗，直至绸布不见黑，完成待焊接零件的焊接面的清理。

S2：组装激光清理后的待焊接零件，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊，这里所说的待焊接零件连接处的背面是指待焊接零件待进行真空电子束焊的一面的相反面，然后将待焊接零件装配在焊接夹具上，通过焊接夹具对待焊接零件的底面进行限位和定位，在待焊接零件的端面进行定位和压紧，进一步保证了待焊接零件的装配质量。

其中，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊的具体方法为：对待焊接零件连接处的背面通过氩弧焊均布8～16个焊点，焊点越密集，对接间隙和错边量都越小，有利于保证装配质量，完成第一次定位焊。

S3：根据预设焊接参数通过真空电子束焊，首先在待焊接零件连接处的正面通过真空电子束焊进行第二次定位焊，这里所说的待焊接零件连接处的正面是指待焊接零件待进行真空电子束焊的一面，然后对待焊接零件连接处进行封焊，在封焊时视情况进行一次或两次封焊，确保待焊接零件封焊完整。

其中，预设焊接参数通过以下方式得到：

T1：选取与待焊接零件的焊缝处同厚度、同材料和同状态的焊接试板；其中，同状态是指：零件焊前使用状态是什么状态试板就是什么状态，如零件是固溶态，那么试板也要是固溶态。

T2：将焊接试板夹持在焊接夹具上，且焊接试板与待焊接零件的连接处等高；然后进行若干次真空电子束焊实验，每次真空电子束焊实验均选用不同的焊接参数。

T3：对焊接完成的焊接试板的若干焊缝进行金相检测和X光检验，将符合预设要求的焊缝对应的焊接参数，作为待焊接零件的预设焊接参数，这里符合预设要求的焊缝可以是焊缝的最小焊缝宽度在标准要求的120％及以上的焊缝，并通过这样的标准选取出的焊缝后再进行X光检验合格的焊缝。

其中，在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊的具体方为：在待焊接零件连接处的正面通过真空电子束焊进行对称8点整体定位焊，通过圆周8点对称定位焊使得应力和对接间隙都更均匀，完成第二次定位焊。

上述真空电子束焊采用穿透焊焊接方式，能够有效提避免黑线、气孔的出现。

在优选的实施例中，上述钣金类零件的焊接方法还包括焊接前的检测步骤，即焊接前检测待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度，当待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度均≤2高斯时，进行S1；否则，更换待焊接零件以及焊接夹具，只有确保零件及焊接夹具磁通密度均≤2高斯时，才不会引起束流偏转，进而有效保证电子束焊接质量。

本发明还公开了一种钣金类零件的焊接系统，包括激光清理装置、氩弧焊装置和真空电子束焊装置。激光清理装置用于待焊接零件的焊接面的激光清理；氩弧焊装置用于通过氩弧焊在激光清理并组装后的待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊；真空电子束焊装置用于根据预设焊接参数在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，并对待焊接零件连接处进行封焊。

其中，激光清理设备采用CL500激光清理设备，真空电子束焊机采用KS150-G150真空电子束焊机，氩弧焊装置采用ID-3001TPS氩弧焊机。

下面以某燃气轮燃烧室外壳为例进行说明本发明钣金类零件的焊接方法。

参见图2，燃烧室外壳是由一件圆筒2和两件法兰零件1组成，共有两条环形连接处3，环形连接处3需要通过真空电子束焊焊接连接，燃烧室外壳的零件材料为固溶态的GH3039，接头厚度为8mm，最大直径为φ1180mm；由于零件尺寸较大，零件装配过程中接头间隙保证小于0.05mm相对困难，真空电子束焊后焊缝极易出现未熔合等焊接缺陷，通过采用本发明钣金类零件的焊接方法进行焊接，主要包括以下步骤。

步骤1：通过磁强计检查燃烧室外壳及焊接夹具的磁通密度，要求磁通密度小于2高斯，选择出合格的燃烧室外壳及焊接夹具。

步骤2：对燃烧室外壳的焊接面进行激光清理，利用激光清理技术，根据零件尺寸大小将燃烧室外壳定位在清理工装上，并将燃烧室外壳的具体直径输入激光清理设备，对清理轨迹进行编程，编程后利用同材料试板确定激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率等重要参数，将燃烧室外壳的焊接面清理干净至露出金属光泽，清理干净后用绸布蘸取丙酮对焊缝对接处进行清洗至绸布不见黑。

步骤3：将燃烧室外壳装配好后利用氩弧焊沿燃烧室外壳连接处的背面整周进行第一次定位焊，均布8个焊点并将第一次定位焊后的零件装到焊接夹具上。

步骤4：选取与燃烧室外壳的连接处同厚度、同材料和同状态的焊接试板；然后将焊接试板夹持在焊接夹具上，且焊接试板与待焊接零件的连接处等高；然后进行5次真空电子束焊实验，在焊接试板上进行5组工艺参数试验，在不改变聚焦电流、加速电压、焊接电流的情况下，通过添加圆函数以及改变圆函数幅值的方法增加焊缝最小焊缝宽度，对焊接完成的焊接试板的5个焊缝进行金相检测，检测焊缝的最大焊缝宽度和最小焊缝宽度，检测结果如表1所示，选取最小焊缝宽度能够达到标准要求最小焊缝宽度的120％的焊缝，即编号为5的焊缝，然后将该焊接试板送X光检验，经X光检验合格且焊缝形貌接近平行焊缝，因此将该焊缝的焊接参数作为燃烧室外壳的预设焊接参数。

表1焊缝检测结果表

步骤5：将第一次定位焊后的零件以及焊接夹具装入真空电子束焊设备，当焊枪真空度达到1×10^-5mbar及真空室的真空度达到3×10^-4mbar后开始进行真空电子束焊，首先，根据步骤四的燃烧室外壳的预设焊接参数，对燃烧室外壳连接处的正面通过真空电子束焊进行对称8点整体定位焊，完成第二次定位焊；然后对燃烧室外壳连接处通过真空电子束焊进行封焊，通过多组燃烧室外壳的焊接操作，每个燃烧室外壳的焊接均一次合格，充分说明了本方法的有效性。

本发明钣金类零件的焊接方法，通过在焊接前就采用激光清理技术，有效去除了待焊接零件焊接面的氧化皮等脏物，继而通过氩弧焊背面定位焊和真空电子束正面定位焊相结合方式，并利用焊接夹具有效减小装配质量差导致间隙过大问题，最后根据焊接试板试验优选出的真空电子束焊的焊接参数进行真空电子束焊，有效的保证了钣金类零件的焊接质量。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钣金类零件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过激光清理方式清理待焊接零件的焊接面；

S2：组装激光清理后的待焊接零件，通过氩弧焊在待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊，然后将待焊接零件装配在焊接夹具上；

S3：根据预设焊接参数通过真空电子束焊，在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，然后对待焊接零件连接处进行封焊和正式焊。

2.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，还包括：

A1：检测待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度，当待焊接零件以及焊接夹具的磁通密度均≤2高斯时，进行S1；否则，更换待焊接零件以及焊接夹具。

3.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S1的具体方法为：

S1-1：将待焊接零件定位在清理工装上，将待焊接零件的焊接面尺寸参数输入激光清理设备，激光清理设备根据焊接面尺寸参数，通过编程得到焊接面清理轨迹程序；

S1-2：选取与待焊接零件同材料的激光清理试板，通过同一激光清理设备对激光清理试板进行激光清理试验，确定待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率；

S1-3：激光清理设备根据焊接面清理轨迹程序以及待焊接零件激光清理的能量、脉冲频率、线宽和扫描频率，进行焊接面的激光清理，直至焊接面露出金属光泽。

4.根据权利要求3所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S1还包括：

S1-4：用绸布蘸取丙酮对激光清理后的焊接面进行清洗，直至绸布不见黑。

5.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S2中通过零氩弧焊在待焊接件连接处的背面进行第一次定位焊的具体方法为：

对待焊接零件连接处的背面通过氩弧焊均布8～16个焊点，完成第一次定位焊。

6.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S3中的预设焊接参数通过以下方式得到：

T1：选取与待焊接零件的连接处同厚度、同材料和同状态的焊接试板；

T2：将焊接试板夹持在焊接夹具上，且焊接试板与待焊接零件的连接处距离焊接夹具的高度一致；然后进行若干次真空电子束焊试验，每次真空电子束焊试验均选用不同的焊接参数；

T3：对焊接完成的焊接试板的若干焊缝进行金相检测和X光检验，将符合预设要求的焊缝对应的焊接参数，作为待焊接零件的预设焊接参数。

7.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S3中对待焊接零件连接处进行封焊的次数为一次或两次。

8.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述S3中对待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊的具体方法为：

对待焊接零件连接处的正面通过真空电子束焊进行对称8点整体定位焊，完成第二次定位焊。

9.根据权利要求1所述的钣金类零件的焊接方法，其特征在于，所述真空电子束焊采用穿透焊焊接方式。

10.一种钣金类零件的焊接系统，其特征在于，包括：

激光清理装置，用于待焊接零件的焊接面的激光清理；

氩弧焊装置，用于通过氩弧焊对激光清理并组装后的待焊接零件连接处的背面进行第一次定位焊；

以及真空电子束焊装置，用于通过真空电子束焊根据预设焊接参数在待焊接零件连接处的正面进行第二次定位焊，并对待焊接零件连接处进行封焊和正式焊。

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