CN113182690B - 一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法 - Google Patents

一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，具体步骤如下：在不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置打磨露出金属光泽，擦拭除去残渣后烘干、将流道盖板和底板进行装配，采用铆锥对流道盖板进行铆接，每依次间隔进行打点固定，用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板和底板所组成的焊缝进行对称断续预焊接，并沿着焊缝轨迹，在盖板两侧的焊缝进行同轴扫描激光断续焊接，再次擦拭焊接表面，将焊接的工件装入真空电子束焊接室，该种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，能够避免焊接过程翘曲现象，并且降低了盖板与底板的间隙装配要求，减少真空电子束焊接过程的未熔合、凹陷等现象，提高焊接质量。

Description

一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺技术领域，具体为一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法。
背景技术
304不锈钢作为目前应用最广泛的一种铬-镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性。另外，其冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，还具有良好的可焊性，广泛用于板式换热器、波纹管、热水器、锅炉、汽车配件，船舶部件等。
在航空航天领域采用的液冷模块、水冷却流道等不锈钢零件的焊接均采用真空电子束焊接方法进行冷却板类零件的密封焊接，由于航空航天领域的特殊性，其焊后对焊缝的密封性及平面度要求极为严格，渗漏均会导致零件失效，甚至引起重大安全事故。由于冷却板类零件一般比较薄，在焊接过程中，由于受热不均匀导致的翘起现象严重影响了零件的焊接质量及平面度要求。当盖板发生翘曲变形后，在精加工过程中极易引起焊缝的渗漏现象。另外，加工误差会导致装配间隙较大，而电子束流直径较小，易穿过间隙直接轰击在底板，造成焊接凹陷、未熔合等现象。
在真空电子束焊接过程中，冷板板类产品的焊接一般分为点焊固定和深熔焊接。而由于间隙存在可能导致点焊失效，在后续的深熔焊过程中极易引起盖板翘曲现象。
目前，航空航天及军工领域的冷却板类产品大多采用真空电子束焊接方法进行焊接，一般盖板先进行铆接，然后在真空室内进行真空电子束点焊，最后在进行真空电子束深熔焊接过程。但是由于焊接热过程以及装配间隙的存在，虽然有铆接固定及点焊过程，但是在深熔焊过程中仍然会引起盖板的翘曲现象。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有不锈钢零件中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，能够避免焊接过程翘曲现象，并且降低了盖板与底板的间隙装配要求，减少真空电子束焊接过程的未熔合、凹陷等现象，提高焊接质量。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其包括：
S10、在不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置打磨露出金属光泽，擦拭除去残渣后烘干；
S20、将流道盖板和底板进行装配，并使流道盖板和底板的焊缝间隙小于0.2mm，错边小于0.2mm；
S30、采用铆锥对流道盖板进行铆接，每依次间隔15-25mm进行打点固定，铆接点深度0.1-0.3mm；
S40、用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板和底板所组成的焊缝进行对称断续预焊接，并沿着焊缝轨迹，断续焊缝长度为50mm，焊缝间隔10mm，在盖板两侧焊缝进行同轴扫描激光断续焊接，如遇到拐角位置没有焊接，改变焊缝长度将拐角位置进行焊接，并且同轴高速扫描激光的光斑扫描直径为0.3mm；
S50、再次擦拭焊接表面，将焊接的工件装入真空电子束焊接室；
S60、对工件进行深熔焊，校准电子束位置，并使焊接过程中电子束偏移量小于或者等于0.1mm；
S70、打开真空电子束焊接室的炉门，取出工件。
作为本发明所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的一种优选方案，其中，所述步骤S10中，采用丙酮对不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置擦拭。
作为本发明所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的一种优选方案，其中，所述步骤S30中，采用铆锥对流道盖板进行铆接，并依次间隔20mm进行打点固定，铆接点深度为0.2mm。
作为本发明所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的一种优选方案，其中，所述步骤S40中，同轴高速扫描激光焊接时，同轴保护气管端部距离零件表面8-12mm。
作为本发明所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的一种优选方案，其中，所述步骤S40中，同轴高速扫描激光在焊接过程中，激光功率为1300W，离焦量为+1mm，扫描频率为200Hz，焊接速度为4000mm/min，保护气流量为20L/min。
作为本发明所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的一种优选方案，其中，所述步骤S60中，采用真空电子束焊接进行深熔焊，电子束焊接参数为：电压85KV，焊接束流13mA，焊接速度1000mm/min，施加圆形光斑扫描，扫描半径为0.3mm，扫描频率80Hz。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：该种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，采用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板和底板所组成的焊缝预焊接，并在激光预焊接中设置0.3mm的扫描激光焊接的扫描半径，在较宽的范围内熔化母材，实现了大部分间隙，特别是拐角处位置的母材自填充，降低了工件装配间隙要求，进而减少了由于装配间隙导致真空电子束焊接过程中的未熔合、凹陷等现象，解决冷却类产品焊接过程极易发生的盖板翘曲现场，提高焊接质量。另外，扫描激光焊接采用同轴保护气管保护冷却板的流道焊缝，可以实时保护熔池，防止焊缝氧化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法的流程图；
图2为本发明提供的不锈钢水冷板与流道盖板的连接图；
图3为本发明提供的流道盖板的结构示意图；
图4为本发明提供的不锈钢水冷板与流道盖板的连接结构剖视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，能够避免焊接过程翘曲现象，并且降低了盖板与底板的间隙装配要求，减少真空电子束焊接过程的未熔合、凹陷等现象，提高焊接质量。
在本实施方式中，图2、图3和图4为本发明提供一种不锈钢冷却板，该锈钢冷却板包括流道盖板1、底板2和焊缝3，水冷板盖板1厚度为2mm，底板厚度为8mm，材质为304不锈钢。
下面通过图2、图3、图4 并结合图1对本实施方式中的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法作具体描述。
一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其包括如下步骤：
S10、在不锈钢流道盖板1表面、端面及底板2的焊缝3位置打磨露出金属光泽，擦拭除去残渣后烘干，作为优选，在本实施方式中，采用丙酮对不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置擦拭。
S20、将流道盖板1和底板2进行装配，并使流道盖板1和底板2的焊缝3间隙小于0.2mm，错边小于0.2mm；
S30、采用铆锥对流道盖板1进行铆接，每依次间隔15-25mm进行打点固定，铆接点深度0.1-0.3mm，确保在焊接之前流道盖板1无翘曲现象，作为优选，在本实施方式中，采用铆锥对流道盖板1进行铆接，并依次间隔20mm进行打点固定，铆接点深度为0.2mm；
S40、用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板1和底板2所组成的焊缝3进行对称断续预焊接，并沿着焊缝3轨迹，断续焊缝长度为50mm焊缝间隔10mm，在盖板1的两侧焊缝3上进行同轴扫描激光断续焊接，如遇到拐角位置没有焊接，改变焊缝长度将拐角位置进行焊接，因为拐角位置由于加工问题，极易出现间隙过大现象，并且同轴高速扫描激光的光斑扫描直径为0.3mm，使得在较宽的范围内熔化母材，实现了大部分间隙的母材自填充，降低了工件装配间隙要求，作为优选，在本实施方式中，同轴高速扫描激光焊接时，同轴保护气管端部距离零件表面8-12mm，可以实时保护熔池，防止焊缝3氧化，而且同轴高速扫描激光在焊接过程中，激光功率为1300W，离焦量为+1mm，扫描频率为200Hz，焊接速度为4000mm/min，保护气流量为20L/min。
S50、再次擦拭焊接表面，将焊接的工件装入真空电子束焊接室；
S60、对工件进行深熔焊，针对焊缝3进行示教，校准电子束位置，并使焊接过程中电子束偏移量小于或者等于0.1mm，作为优选，在本实施方式中，采用真空电子束焊接进行深熔焊，电子束焊接参数为：电压85KV，焊接束流13mA，焊接速度1000mm/min，施加圆形光斑扫描，扫描半径为0.3mm，扫描频率80Hz；
S70、打开真空电子束焊接室的炉门，取出工件。
在对复合焊接后的多批工件检查后发现，在对工件焊接完成后，并无翘曲现象，说明采用上述方法具有很好的效果。
该种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，采用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板和底板所组成的焊缝预焊接，并在激光预焊接中设置0.3mm的扫描激光焊接的扫描半径，在较宽的范围内熔化母材，实现了大部分间隙的母材自填充，降低了工件装配间隙要求，进而减少了由于装配间隙导致真空电子束焊接过程中的未熔合、凹陷等现象，解决冷却类产品焊接过程极易发生的盖板翘曲现场，提高焊接质量。另外，扫描激光焊接采用同轴保护气管保护冷却板的流道焊缝，可以实时保护熔池，防止焊缝氧化。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，包括：
S10、在不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置打磨露出金属光泽，擦拭除去残渣后烘干；
S20、将流道盖板和底板进行装配，并使流道盖板和底板的焊缝间隙小于0.2mm，错边小于0.2mm；
S30、采用铆锥对流道盖板进行铆接，每依次间隔15-25mm进行打点固定，铆接点深度0.1-0.3mm；
S40、用同轴高速扫描激光焊接对装配后的流道盖板和底板所组成的焊缝进行对称断续预焊接，并沿着焊缝轨迹，断续焊缝长度为50mm，焊缝间隔10mm，在盖板两侧焊缝进行同轴扫描激光断续焊接，如遇到拐角位置没有焊接，改变焊缝长度将拐角位置进行焊接，并且同轴高速扫描激光的光斑扫描直径为0.3mm；
S50、再次擦拭焊接表面，将焊接的工件装入真空电子束焊接室；
S60、对工件进行深熔焊，校准电子束位置，并使焊接过程中电子束偏移量小于或者等于0.1mm；
S70、打开真空电子束焊接室的炉门，取出工件。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，所述步骤S10中，采用丙酮对不锈钢流道盖板表面、端面及底板焊缝位置擦拭。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，所述步骤S30中，采用铆锥对流道盖板进行铆接，并依次间隔20mm进行打点固定，铆接点深度为0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，所述步骤S40中，同轴高速扫描激光焊接时，同轴保护气管端部距离零件表面8-12mm。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，所述步骤S40中，同轴高速扫描激光在焊接过程中，激光功率为1300W，离焦量为+1mm，扫描频率为200Hz，焊接速度为4000mm/min，保护气流量为20L/min。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢冷却板高能束复合焊接方法，其特征在于，所述步骤S60中，采用真空电子束焊接进行深熔焊，电子束焊接参数为：电压85KV，焊接束流13mA，焊接速度1000mm/min，施加圆形光斑扫描，扫描半径为0.3mm，扫描频率80Hz。
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