CN112025096A - 一种不锈钢水冷基座环及其焊接工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不锈钢水冷基座环及其焊接工艺方法。利用激光器、机器人、变位机及工装夹具，可实现水冷基座环的高效高质量焊接。单次点固多个零件，然后利用激光头双焦点功能一次熔焊2条焊缝，即单个零件焊接一次即可完成焊接过程，能够有效减少产品的焊接变形，焊缝一致性良好，同时一次可装夹多个零件，可显著提高焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及真空装备焊接领域，具体为一种不锈钢水冷基座环及其焊接工艺方法。
背景技术
真空装备在航空航天、IC装备制造等领域范围应用广泛。常见的各种热处理炉，半导体装备等均需要有精密的冷却装置。水冷基座作为真空装备中的重要部件，其尺寸要求严格，焊接质量要求较高，因此水冷基座的焊接工艺是保证产品质量的重要环节。
不锈钢具有良好的耐蚀性、耐热性、机械性能及焊接性等优点，因此大多数水冷基座均采用不锈钢材质进行制造。目前的水冷基座焊接工艺方法通常采用传统的弧焊进行连接与密封。对于熔深为3mm左右的不锈钢水冷基座，氩弧焊通常需要焊接两遍才能够将3mm深的坡口填满，而且焊接变形较大，对后续的精加工会造成很大难度，焊后的零件尺寸精度无法保证。而且氩弧焊的热影响区较宽，基座环盖板宽度较窄的时候通常会出现热影响区重叠，热影响区软化严重，影响产品的力学性能。不锈钢的激光焊接与氩弧焊等方法相比，焊接速度快、效率高，深宽比大，且焊缝热影响区窄、变形较小，焊接质量好，对于结构复杂的零件及精度要求高的零件具有较好的适用性。对于3mm熔深的焊缝，激光焊能够一次焊接成型，变形量与氩弧焊相比具有很大优势，且焊接速度为氩弧焊的3-6倍，零件的焊接效率非常高。但是激光焊接焊缝内部通常会产生一定量的气孔，这是由于激光焊接速度快，焊缝金属的冷却速度快，焊缝内气孔来不及溢出而产生的。激光的光斑尺寸较小，对零件的装配精度要求较氩弧焊高，因此是制约零件焊接效率的重要因素。为了实现水冷基座的高精度尺寸、高质量及高效率焊接，开发出双焦点激光焊接及多件同时装夹工艺方法。焊接后焊缝表面无气孔、裂纹等缺陷，表面成型均匀光滑，焊缝表面精加工去除余量后焊缝内部无气孔、裂纹等不连续缺陷。焊接效率高，焊接变形小于0.3mm。
发明内容
本发明的目的是提出一种不锈钢水冷基座环及其焊接工艺方法，具有无焊接缺陷，变形小，焊接质量好，焊接效率高的优点。
为达此目的，本发明采用的技术方案是：
一种不锈钢水冷基座环，水冷基座环由两部分组成，分别是水冷基座、基座环盖板，装配后在水冷基座侧壁形成焊接结构。
水冷基座厚度为25mm，基座环盖板宽度为10mm，基座环盖板厚度为3mm。水冷基座环上表面在盖板两端部相应位置均布进水口与出水口，与水冷基座内部水道相通。基座环盖板是非封闭的圆环，开口处两端分别加工成单V型坡口。激光焊接接头形式为对搭接，搭接宽度为0.5mm以上，组对间隙小于0.3mm。
本发明的有益效果是：
本发明提出的一种不锈钢环焊缝激光焊接工艺，焊接过程稳定，焊接效率高，将零件加工余量去除后，无焊接缺陷。焊接变形量小，焊后平面度变形＜0.3mm，圆度变形小于0.1mm，焊接效率为1小时6-10件。
附图说明
图1为水冷基座环焊缝示意图。
图2为水冷基座环截面图。
图3为发明的实施例一工件装夹示意图。
图4为发明的实施例一焊接示意图。
具体实施方式
结合附图1-4及附图标记对本发明进一步详细说明。
一种不锈钢水冷基座环，水冷基座环由两部分组成，分别是水冷基座、基座环盖板，装配后在水冷基座侧壁形成焊接结构。
水冷基座厚度为25mm，基座环盖板宽度为10mm，基座环盖板厚度为3mm。
水冷基座环上表面在盖板两端部相应位置均布进水口与出水口，与水冷基座内部水道相通。
基座环盖板是非封闭的圆环，开口处两端分别加工成单V型坡口。
激光焊接接头形式为对搭接，搭接宽度为0.5mm以上，组对间隙小于0.3mm。
一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，采用钨极氩弧焊焊接盖板端部直线焊缝并点固盖板，焊接参数为：直流正接，焊接电流100A-120A，电压17V-18V，焊丝为ER308，氩气流量8-10L/min。激光点固焊接参数为：激光功率700W-1000W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
激光焊熔焊参数为：双焦点光斑间距10mm，功率配比1:1，激光功率4000W-4500W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，包括以下步骤：
(1)将焊接工件粗加工；
(2)脱脂清洗并烘干，去除零件表面的杂质及油污；
(3)装配组对，钨极氩弧焊进行端部直线焊缝的焊接并点固盖板；
(4)将端部焊接后的零件，置于变位机上夹紧固定；
(5)调整激光焊接设备及参数，进行第一次激光连续点固焊接；
(6)清理焊缝表面，调整焊接参数，进行激光熔化焊；
(7)焊接后零件去应力退火；
(8)零件精加工去除余量；
(9)零件尺寸检验；
(10)零件焊缝表面进行着色探伤检验；
(11)零件进行保压能力测试。
一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，包括以下步骤：
第一步：将粗加工后的不锈钢水冷基座及基座环盖板进行脱脂清洗，超声波振动清洗15min，120℃烘干1小时，以去除工件表面的杂质及油污。
第二步：在工作平台上将水冷基座及基座环盖板装配组对，组对间隙小于0.3mm，错边小于0.1mm，可一次组对3个工件。
第三步：用钨极氩弧焊(GTAW)焊接方法焊接盖板端部直线焊缝，参数为：直流正接，焊接电流100A-120A，电压17V-18V，焊丝为ER308，氩气流量8-10L/min。点固盖板参数为60-80A，氩气流量10L/min，间隔100mm点固一点。
第四步：工件都点固后，将3个零件一3、零件二4、零件三5同时放在旋转变位机1上并用夹具2夹紧固定，可实现一次装夹焊接多个零件，以提高生产效率。可根据实际需求设计专用夹具，以调整一次可装夹工件数量。
第五步：调整激光焊接设备及参数，进行第一次激光连续点固焊接，焊接参数为：激光功率700W-1000W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
第六步：清理焊缝表面，调整焊接参数，进行第二次激光焊接，焊接参数为：双焦点光斑间距10mm，功率配比1:1，激光功率4000W-4500W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
第七步：机器人7调整变位机旋转角度及激光头6位置，依次焊接第二件及第三件。
第八步：焊接完成后，拆卸零件，进行去应力退火，参数为：保温温度300-400℃，保温1-2小时后随炉冷却。
第九步：去除零件表面机加工余量。
第十步：产品质量检验，进行尺寸检测、着色探伤及保压测试。
Claims (9)
1.一种不锈钢水冷基座环，其特征在于：
水冷基座环由两部分组成，分别是水冷基座、基座环盖板，装配后在水冷基座侧壁形成焊接结构。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环，其特征在于：
水冷基座厚度为25mm，基座环盖板宽度为10mm，基座环盖板厚度为3mm。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环，其特征在于：
水冷基座环上表面在盖板两端部相应位置均布进水口与出水口，与水冷基座内部水道相通。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环，其特征在于：基座环盖板是非封闭的圆环，开口处两端分别加工成单V型坡口。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环，其特征在于：激光焊接接头形式为对搭接，搭接宽度为0.5mm以上，组对间隙小于0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，其特征在于：
采用钨极氩弧焊焊接盖板端部直线焊缝并点固盖板，焊接参数为：直流正接，焊接电流100A-120A，电压17V-18V，焊丝为ER308，氩气流量8-10L/min。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，其特征在于：
激光点固焊接参数为：激光功率700W-1000W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，其特征在于：
激光焊熔焊参数为：双焦点光斑间距10mm，功率配比1:1，激光功率4000W-4500W，激光倾角0°，离焦量+3mm-+5mm，焊接速度2400mm/min-3600mm/min，氩气流量20L/min-25L/min。
9.根据权利要求1所述的一种不锈钢水冷基座环的焊接工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将焊接工件粗加工；
(2)脱脂清洗并烘干，去除零件表面的杂质及油污；
(3)装配组对，钨极氩弧焊进行端部直线焊缝的焊接并点固盖板；
(4)将端部焊接后的零件，置于变位机上夹紧固定；
(5)调整激光焊接设备及参数，进行第一次激光连续点固焊接；
(6)清理焊缝表面，调整焊接参数，进行激光熔化焊；
(7)焊接后零件去应力退火；
(8)零件精加工去除余量；
(9)零件尺寸检验；
(10)零件焊缝表面进行着色探伤检验；
(11)零件进行保压能力测试。
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2020
- 2020-07-24 CN CN202010720505.0A patent/CN112025096A/zh active Pending
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