CN114043086A - 一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。本发明有利于焊缝成形和焊接过程稳定，保证了焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。
Description
技术领域
本发明属于管束式喷管延伸段的激光焊接技术领域，尤其涉及一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法。
背景技术
航天发动机的喷管延伸段是推力室的重要组件，由数百根空间螺旋曲线方管焊接而成，整体外形为两头不等直径的钟罩形轮廓，称为管束焊接组件，材料为镍基高温合金，管子内型面母线上各点满足十一阶高次方程：Y＝A0+A1X+A2X2+A3X3+……A11X11。每条焊缝的轨迹为空间螺旋曲线，长度超过4m，焊缝总长度达到一千多米。
管束焊接组件在高压、高温、低温、振动、热冲刷等苛刻条件下工作，对焊缝熔深(0.4～0.8mm)、熔宽(≤2.6mm)要求严格，需保持千米级焊缝的熔深、熔宽一致性良好，要求焊接质量稳定可靠。管壁很薄，只有0.40mm，不允许未焊透、烧穿、超标气孔等缺陷。
以往焊接生产主要采用两种工艺方法，一种是纯手工的钨极惰性气体保护焊，另一种是采用机器人系统的自动氩弧焊接。喷管手工焊完全依赖操作人员的技能，焊接质量的稳定性和一致性得不到保证。自动氩弧焊接的焊接速度只有3～4mm/s，影响焊接生产效率。并且由于氩弧焊的加热速度及熔池冷却速度较慢，热源的作用时间较长，功率密度不集中，热影响区范围较大，导致薄壁喷管的焊接热变形较大，增加了焊接生产过程中因收缩变形造成的接头状态调整时间，并且不利于保证喷管焊接后的型面精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，有利于焊缝成形和焊接过程稳定，保证了焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤一中，薄壁管束激光焊接的离焦量参数为+10～+12mm。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤二中，对于喷管大端、喷管过渡段和喷管小端三段，每段焊接方向从大端往小端焊接。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤三中，完成当前焊缝双工位激光焊接后，双工位机器人带动激光焊接头抬起，离开喷管表面200mm，模胎旋转指定的分度角度。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，分度角度为：
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，对于每段的整圈焊缝采用隔道焊接方法；其中，隔道焊接方法为：若整圈焊缝包括第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝、第五焊缝、第六焊缝，则焊接第一焊缝后，跳过第二焊缝不焊接，焊接第三焊缝，再跳过第四焊缝不焊接，焊接第五焊缝，跳过第六焊缝不焊接，再依次焊接第二焊缝、第四焊缝、第六焊缝。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，喷管管束的截面积由小至大递增，整体分为连续的喷管小端、喷管过渡段和喷管大端三部分；喷管小端的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度为2.2mm；喷管大端的长度为3500～4500mm、宽度为4mm、高度为5mm；喷管过渡段的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度值由喷管小端的高度值均匀递增至喷管大端的高度值。
上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，若喷管管束厚度为0.3mm，则焊接喷管大端时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为11～13mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为540～560W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为9～10mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为500～520W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；若喷管管束厚度为0.4mm，则焊接喷管大端时，激光功率为640～660W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为10～12mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为550～570W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为7～8mm/s，侧吹保护气为15L/min。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用适宜于薄壁管束式喷管的激光焊接参数，兼顾了快速激光焊接效率和成形均匀的激光焊缝质量。焊接熔深满足＞0.4mm的要求，熔宽一致性良好，约2mm，符合设计指标要求。
(2)本发明利用激光焊接热输入量集中、变形小的特点，结合隔道交错分段焊接工艺，设定合理的分段焊接长度，经过近一圈焊接后，剩余的最后几根管子间隙在0.08mm以内，满足激光焊接对间隙的要求。
(3)本发明针对质量要求高、控制难度大的喷管小端焊接，采用激光点焊定位工艺，实现了管束式喷管的激光焊接应用。激光焊接的管束式喷管通过了煤油试验、通道检查、X射线检查、打压测试等。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的激光焊接表面聚焦值的确定的示意图；
图2是本发明实施例提供的薄壁管束激光焊接时焦点状态的确定的示意图；
图3是本发明实施例提供的喷管激光焊接方向的示意图；
图4(a)是本发明实施例提供的A-A喷管大端截面焊接示意图；
图4(b)是本发明实施例提供的B-B喷管小端截面焊接示意图；
图5是本发明实施例提供的激光焊接的分段焊缝长度的示意图；
图6是本发明实施例提供的隔道焊的示意图；
图7是本发明实施例提供的隔道齐平焊的示意图；
图8是本发明实施例提供的隔道交错焊的示意图；
图9是本发明实施例提供的端激光焊接工艺的示意图；
图10是本发明实施例提供的喷管管束的立体图；
图11是本发明实施例提供的喷管管束的分段示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
管束式喷管因焊接壁薄、焊缝总长达到千米级、对焊接变形控制要求高。随着激光焊接技术的发展，激光焊接应用越来越广泛。激光聚焦光斑小，加热速度快，作用时间短，热影响区和热变形小，特别适合焊接对变形控制要求高的薄壁喷管结构件。提高产品焊接质量的同时，可以减少焊接生产过程中因收缩变形增加的装配调整时间。激光焊接速度快，与目前氩弧焊3～4mm/s的焊接速度相比，激光焊接速度可达到10～15mm/s，有助于提升焊接效率。激光焊接由激光光束直接轰击金属表面产生热效应的焊接方法，无氩弧焊的扎枪、断弧而引起的夹钨、气孔等焊接缺陷。
管束式喷管由于壁薄，熔深要求小，适宜采用激光热传导焊模式。热传导焊的激光功率密度较低，工件吸收的能量不足以使金属汽化，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池，此时金属的熔化是通过对激光辐射的吸收及热量传导进行的。热传导焊由于没有蒸汽压力作用，这种焊接模式熔深浅、深宽比较小。热传导焊时不添加焊丝，薄壁管束的激光焊接需要合理确定焊接参数、焊接方向、焊接长度、小端焊接方案等具体激光焊接工艺，保证激光焊缝质量。
一种螺旋管束式喷管，它由数百根方管缠绕成空间螺旋曲线焊接而成，其整体外形为两头不等直径的钟罩形轮廓，方管内型面母线上各点满足十一阶高次方程，所述的数百根方管均采用变截面自填充材料方管。变截面自填充材料方管的截面积由小至大递增，整体分为连续的小端、过渡段和大端三部分；小端的长度为150～200mm、过渡段的长度为100～150mm、大端的长度为3500～4500mm。小端、过渡段、大端的方管宽度一致，小端高度值最低，大端的高度值最高。由小端的高度值均匀递增至大端的高度值，此为过渡段。
方管与方管之间采用激光焊接工艺连接在一起，采用了适合薄壁管束的激光热传导焊模式。确定了薄壁管束的激光焊接参数，重点是焦点距离，激光功率则和焊接速度匹配。根据产品特点，喷管小端、过渡段、大端三个区域的激光焊接参数都有所不同。
激光焊接时，喷管呈竖直状态，焊接方向的选择包括两种，一种是从大端往小端焊接，另一种是从小端往大端焊接。分段焊的每段焊接方向也有从大端往小端、从小端往大端两种方式。本发明从优劣性对比出发，确定了合适的焊接方向。
管束式喷管表面密排卡箍，每拆卸一道卡箍进行分段焊接。兼顾焊接变形的控制和焊接效率的提高，结合喷管小端、过渡段、大端等不同位置的轨迹曲率变化特点，在卡箍不干涉跟踪扫描线的情况下，设定了合理的分段焊接长度。
为了均衡焊缝两侧的抗弯刚度和横截面积，以减小焊接变形，提高激光焊接工艺的可操作性，采用隔道焊接工艺。经试验对比隔道齐平焊与隔道交错焊两种方式，确定了合适的隔道焊工艺。
喷管小端焊接过程中，变形积累造成小端局部不贴胎，由于管束截面高度小，刚度小，焊接时，边上未焊接的接头会有挠曲翘起现象，严重情况下，挠曲翘起量超过管子高度的一半，有管子跳出的风险。本发明确定了小端焊接工艺，满足了质量要求高，难度大的小端薄弱区域激光焊接要求。
本实施例提供了一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量。(1)确定表面聚焦值。如图1所示，采用约150(长)×100(宽)×2mm(厚)的高温合金试板，垫起约10°的倾斜角(试板与水平面呈10°角)，激光器以600W功率出光束，激光头沿着150mm长度方向焊接。观察试板上的激光焊缝成形，该段焊缝中a-b区域为焊宽最细窄的区域，为表面聚焦焊接状态。a处对应的焦点距离为h1，b处对应的焦点距离为h2。表面聚焦值
(2)在聚焦值的基础上，通过焊接试验确定离焦量。薄壁管束激光焊接不同焦点状态如图2所示。表面聚焦时，焦点在工件表面；正离焦时，焦点在工件上面；负离焦时，焦点在工件内部。正离焦激光焊得到的焊缝表面比负离焦时光滑美观，获得了薄壁管束激光焊缝熔深和熔宽的合理匹配(在不明显增加熔宽的情况下，熔深数据超过管束壁厚值)。针对薄壁管束激光焊接头的离焦量参数为+10～+12mm(聚焦焦距300mm)。
步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量结果，设置激光焊接头与喷管表面的高度。按照策划的分段焊接长度，从大端开始进行喷管的分段轨迹规划编程。分段轨迹规划时，每段焊接方向也是从大端往小端焊接，如图3所示。对双工位的各工位机器人分别进行迹规划编程。
步骤三：双工位机器人执行轨迹程序，带动激光焊接头运动，同时开始并完成对称位置的各自当前焊缝的激光焊接。激光焊接过程中，跟踪传感器实时检测轨迹的准确性并自动纠偏，保证焊接轨迹严格对中并且激光焊接头的高度恒定。激光焊接过程中，模胎处于静止不动状态，只是激光焊接头运动。
步骤四：完成当前焊缝双工位激光焊接后，机器人带动激光焊接头抬起，离开喷管表面约200mm。模胎旋转指定的分度角度(该分度角度为
)。
步骤五：双工位机器人带动激光焊接头运动至下一道焊缝的起始位置，执行轨迹程序，进行下一道焊缝的焊接。采用隔道依次焊接方法，直至完成该分段位置的整圈隔道焊缝焊接。如图6所示，焊接1焊缝后，跳过2不焊接，焊接3焊缝，再跳过4不焊接，焊接5焊缝，跳过6不焊接，再焊接......，此为隔道焊接。
步骤六：进行该圈隔道焊缝之间的2、4、6......焊缝焊接。喷管激光焊接没有采用隔道齐平焊的方式，如图7所示，而是采用隔道交错焊的方式，如图8所示，交错出来的焊缝长度为25～35mm。
步骤七：进行下一圈分段焊缝的焊接，每圈分段焊缝焊接时，重复步骤二、三、四、五、六，直至完成喷管大端、喷管过渡段的焊接。
步骤八：进行喷管小端的分段隔道焊接。喷管大端与小端的截面形状有很大差异，如图4(a)和图4(b)所示，B-B喷管小端截面和A-A喷管大端截面相比，宽度尺寸a相同，小端截面高度尺寸b1＜大端截面高度尺寸b2。小端激光正式焊接前，进行激光打点定位焊，如图9所示，当前隔道焊接的接头为①、②、③、④、⑤......，对相邻处的接头1、2、3、4、5、6......进行两处位置的激光打点定位焊，避免接头①、②、③、④、⑤等焊接对接头1、2、3、4、5、6等装配状态的影响。第一处打点定位焊位置距离已焊接的激光焊缝末端4～6mm，第二处打点定位焊位置距离第一处40～45mm。激光打点定位焊的参数为：功率550W，离焦量+12mm，点焊时间0.2s，侧吹保护气流量15L/min。激光定位焊接后，再进行喷管小端的激光正式焊接。完成小端焊接后，即完成整台喷管焊接。
步骤九：该步骤穿插在步骤二中进行。轨迹规划的分段焊接长度的确定：根据喷管外表面卡箍的位置，以及焊缝跟踪扫描线的前视距离14mm，分段焊缝的长度应满足30mm长的跟踪扫描线不受卡箍位置的干涉，如图5所示。确定的分段焊接长度为：喷管大端分为100～120mm的小段依次焊接；过渡段分为70～90mm的小段依次焊接；小端分为55～65mm的小段依次焊接。
步骤十：该步骤穿插在步骤三、五、六、七、八中进行。(1)焊接速度的确定：喷管大端、喷管过渡段、喷管小端三个部位的焊接速度不同。过渡段和小端的焊接速度有所降低，以适应管束曲率变化较大的该部位的跟踪和焊接。(2)激光功率的确定：激光功率和焊接速度匹配。相比喷管大端，过渡段和小端的焊接功率有所降低。
图10是本发明实施例提供的喷管管束的立体图；图11是本发明实施例提供的喷管管束的分段示意图。如图10和图11所示，喷管管束的截面积由小至大递增，整体分为连续的小端、过渡段和大端三部分；小端的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度为2.2mm；大端的长度为3500～4500mm、宽度为4mm、高度为5mm；过渡段的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度值由小端的高度值均匀递增至大端的高度值。喷管管束的壁厚根据不同型号，有0.3mm和0.4mm两种。图11中L1区域为喷管小端、L2区域为喷管过渡段、L3区域为喷管大端。
1、薄壁管束的激光焊接参数
(1)薄壁管束激光焊接的离焦量
激光器发出的激光在焦点处的功率密度最高，光斑尺寸最小，所以光束焦点位置对焊缝熔深影响最大，确定焦点位置也是选择合理离焦量的必要条件。为了优化薄壁管束激光焊接的离焦量参数，首先要确定表面聚焦值。如图1所示，采用约150(长)×100(宽)×2mm(厚)的高温合金试板，垫起约10°的倾斜角(试板与水平面呈10°角)，激光器以600W功率出光束，激光头沿着150mm长度方向焊接。观察试板上的激光焊缝成形，该段焊缝中a-b区域为焊宽最细窄的区域，为表面聚焦焊接状态。a处对应的焦点距离为h1，b处对应的焦点距离为h2。
表面聚焦值h取决于激光头配备何种聚焦值的聚焦镜。薄壁管束激光焊宜选用长焦距的聚集头，聚焦焦距300mm。相比短焦距焊接头，焦距在相对较大范围内调节时光斑尺寸变化较小，仍可维持相对稳定的能量密度，熔深数据比较稳定。
薄壁管束激光焊接不同焦点状态如图2所示。表面聚焦时，焦点在工件表面；正离焦时，焦点在工件上面；负离焦时，焦点在工件内部。因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，薄壁管束焊接适宜采用正离焦焊接(＞表面聚焦值h)，正离焦激光焊得到的焊缝表面比负离焦时光滑美观，获得了薄壁管束激光焊缝熔深和熔宽的合理匹配(在不明显增加熔宽的情况下，熔深数据超过管束壁厚值)。
表1管束喷管不同部位激光焊接参数
2、管束式喷管的激光焊接方向
喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，从大端开始分段拆卸喷管表面的密排分层卡箍进行激光焊接。如图3所示，整体焊接方向为从大端往小端进行，该方向具有管束喷管与模胎贴合良好、焊接质量有保证、焊后产品脱胎相对容易等特点。
分段焊接时，每段焊接方向也为从大端往小端焊接(每段焊接方向若采用从小端往大端焊接，因为激光跟踪的扫描线有前视距离，当光束行进到接头末端及搭接焊收尾位置，跟踪扫描线会落在已焊接焊缝上，无法识别跟踪)。
3、管束式喷管的分段焊接长度
如图5所示，根据喷管外表面卡箍的位置，以及焊缝跟踪扫描线的前视距离14mm，分段焊缝的长度应满足30mm长的跟踪扫描线不受卡箍位置的干涉。确定的分段焊接长度为：喷管大端分为100～120mm的小段依次焊接；过渡段分为70～90mm的小段依次焊接；小端分为55～65mm的小段依次焊接。
4、隔道齐平焊与隔道交错焊的对比
隔道齐平焊见图7，优点：①第1圈隔道焊接时，不受焊接变形影响，可在不校形状态下连续焊接。缺点：①第2圈隔道与隔道之间的接头焊接时，变形积累较大；②红线为焊缝跟踪扫描线，2号接头为当前跟踪及焊接接头(在2号已焊接的焊缝上搭接后继续焊接)，如图6所示，当前接头的两侧皆为未焊接头，跟踪过程有“窜道”跟踪的风险(“窜道”跟踪：本应跟踪2号接头，在焊接行进过程中，由于焊缝曲率变化，跟踪识别到1号或3号接头，多发生在焊缝前半段)，发生误焊接而导致管子焊豁。
隔道交错焊见图8，优点：①对邻近未焊的接头处的变形影响较小；②由于跟踪识别“窜道”多发生在焊缝前半段，2号接头为当前跟踪及焊接接头，跟踪扫描线的位置为当前接头及两侧焊缝区，焊缝区不进行识别和跟踪，有效避免了跟踪“窜道”风险。
管束式喷管激光焊接采用隔道交错焊，交错出来的焊缝长度为25～35mm。
5、小端激光焊接工艺
管束式喷管大端与小端的截面形状有很大差异，如图4(a)和图4(b)所示，B-B喷管小端截面和A-A喷管大端截面相比，宽度尺寸a相同，小端截面高度尺寸b1＜大端截面高度尺寸b2。小端激光正式焊接前，进行激光打点定位焊，如图9所示，当前隔道焊接的接头为①、②、③、④、⑤......，对相邻处的接头1、2、3、4、5、6......进行两处位置的激光打点定位焊，避免接头①、②、③、④、⑤等焊接对接头1、2、3、4、5、6等装配状态的影响。第一处打点定位焊位置距离已焊接的激光焊缝末端4～6mm，第二处打点定位焊位置距离第一处40～45mm。激光打点定位焊的参数为：功率550W，离焦量+12mm，点焊时间0.2s，侧吹保护气流量15L/min。
本发明采用适宜于薄壁管束式喷管的激光焊接参数，兼顾了快速激光焊接效率和成形均匀的激光焊缝质量。焊接熔深满足＞0.4mm的要求，熔宽一致性良好，约2mm，符合设计指标要求。
本发明利用激光焊接热输入量集中、变形小的特点，结合隔道交错分段焊接工艺，设定合理的分段焊接长度，经过近一圈焊接后，剩余的最后几根管子间隙在0.08mm以内，满足激光焊接对间隙的要求。
本发明针对质量要求高、控制难度大的喷管小端焊接，采用激光点焊定位工艺，实现了管束式喷管的激光焊接应用。激光焊接的管束式喷管通过了煤油试验、通道检查、X射线检查、打压测试等。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；
步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；
步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。
2.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤一中，薄壁管束激光焊接的离焦量参数为+10～+12mm。
3.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤二中，对于喷管大端、喷管过渡段和喷管小端三段，每段焊接方向从大端往小端焊接。
4.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤三中，完成当前焊缝双工位激光焊接后，双工位机器人带动激光焊接头抬起，离开喷管表面200mm，模胎旋转指定的分度角度。
5.根据权利要求4所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：分度角度为：
6.根据权利要求3所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：对于每段的整圈焊缝采用隔道焊接方法；其中，
隔道焊接方法为：若整圈焊缝包括第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝、第五焊缝、第六焊缝，则焊接第一焊缝后，跳过第二焊缝不焊接，焊接第三焊缝，再跳过第四焊缝不焊接，焊接第五焊缝，跳过第六焊缝不焊接，再依次焊接第二焊缝、第四焊缝、第六焊缝。
7.根据权利要求6所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：喷管管束的截面积由小至大递增，整体分为连续的喷管小端、喷管过渡段和喷管大端三部分；喷管小端的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度为2.2mm；喷管大端的长度为3500～4500mm、宽度为4mm、高度为5mm；喷管过渡段的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度值由喷管小端的高度值均匀递增至喷管大端的高度值。
8.根据权利要求7所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：若喷管管束厚度为0.3mm，则焊接喷管大端时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为11～13mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为540～560W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为9～10mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为500～520W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；
若喷管管束厚度为0.4mm，则焊接喷管大端时，激光功率为640～660W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为10～12mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为550～570W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为7～8mm/s，侧吹保护气为15L/min。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115889811A (zh) * | 2022-11-04 | 2023-04-04 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | 一种发动机喷管的增材制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5221045A (en) * | 1991-09-23 | 1993-06-22 | The Babcock & Wilcox Company | Bulge formed cooling channels with a variable lead helix on a hollow body of revolution |
| US20120320364A1 (en) * | 2009-12-14 | 2012-12-20 | Volvo Aero Corporation | Device and a method for determining a distance to a surface of a workpiece and an arrangement and a method for effecting a workpiece |
| CN109079322A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-25 | 陕西蓝箭航天技术有限公司 | 航天运载器的发动机喷管制备方法 |
| CN112404727A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 中国核动力研究设计院 | 一种方管组装焊接方法及焊接保护装置 |
-
2021
- 2021-10-29 CN CN202111271929.4A patent/CN114043086A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5221045A (en) * | 1991-09-23 | 1993-06-22 | The Babcock & Wilcox Company | Bulge formed cooling channels with a variable lead helix on a hollow body of revolution |
| US20120320364A1 (en) * | 2009-12-14 | 2012-12-20 | Volvo Aero Corporation | Device and a method for determining a distance to a surface of a workpiece and an arrangement and a method for effecting a workpiece |
| CN109079322A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-25 | 陕西蓝箭航天技术有限公司 | 航天运载器的发动机喷管制备方法 |
| CN112404727A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 中国核动力研究设计院 | 一种方管组装焊接方法及焊接保护装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ROLAND.M.SUNDEN;严佩娟;: "HM60喷管设计及制造方法的研究", 导弹与航天运载技术, no. 04, 31 December 1985 (1985-12-31) * |
| 丁新玲;: "液体火箭发动机喷管延伸段制造新技术", 航天制造技术, no. 06, 28 December 2006 (2006-12-28) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115889811A (zh) * | 2022-11-04 | 2023-04-04 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | 一种发动机喷管的增材制作方法 |
| CN115889811B (zh) * | 2022-11-04 | 2023-09-26 | 蓝箭航天空间科技股份有限公司 | 一种发动机喷管的增材制作方法 |
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