CN115945787B - 舱体搭接结构的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舱体搭接结构的焊接方法，该方法包括：(1)对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位，确定定位焊接点，采用氩弧焊在定位焊接点进行定位焊接，以便形成一次焊接舱体；(2)采用高能束流焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，以便形成二次焊接舱体；(3)采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接，以便完成舱体的焊接。由此，消除了焊不透造成的危害，提高了焊缝的实际焊接面积，提高了舱体的焊接质量和舱体的承载能力。

Description

舱体搭接结构的焊接方法

技术领域

本发明属于焊接方法技术领域，具体涉及一种舱体搭接结构的焊接方法。

背景技术

现有技术主要采用自动钨极氩弧焊方法焊接圆周接缝焊接舱体零件，参考附图2，但是这种焊接方法会导致舱体零件的搭接结构底部发生焊不透现象3，通过增大自动钨极氩弧焊的焊接热输入量，以至于将薄壁部分烧穿也不能解决搭接结构底部焊不透的问题，而且会使舱体零件的热影响区加宽，从而导致舱体零件的热变形程度增大。焊不透的危害包括：(1)减少了焊缝的有效截面积，使舱体零件的接头强度下降；(2)会导致焊接的应力集中，会严重降低焊缝的疲劳强度；(3)未焊透可能会成为裂纹源，从而造成焊缝破坏。

造成焊不透现象的原因有三点：(1)自动钨极氩弧焊只能在接缝两侧的坡口处产热，而不能在厚壁搭接的底部产热。采用自动钨极氩弧焊进行焊接时，钨极和零件在高频高压电场的作用下，氩气被击穿形成电弧来熔化金属。电弧是取捷径形成的，零件表面与焊接接缝的坡口距离钨极最近，电弧在此形成，因此零件表面和坡口首先熔化，而底部距离钨极最远，没有电弧生成，因此也无热量产生，只能靠热传导或热辐射升温，表面及坡口熔化的液态金属流到底部，并将底部覆盖；随着焊枪的移动，虽然形成了焊缝，但底部没有熔化，因而产生焊不透现象；(2)由于搭接结构的接缝两侧圆筒的厚度不同，两侧圆筒的热容也不同，薄壁一侧热容小，升温快，以致薄壁侧圆筒熔化烧穿，厚壁搭接的底部也不能熔化，因此会造成熔不透现象；(3)由于搭接结构的接缝两侧圆筒尺寸不可能完全匹配，厚壁侧搭接部分的外圆面与薄壁侧的内圆面在整个圆周上总有一段存在间隙，间隙两侧的区域极易成为焊不透区域。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种舱体搭接结构的焊接方法。由此，消除了焊不透造成的危害，提高了焊缝的实际焊接面积，提高了舱体的焊接质量和舱体的承载能力。

本发明提出了一种舱体搭接结构的焊接方法。在本发明的实施例中，所述方法包括：

(1)对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位，确定定位焊接点，采用氩弧焊在所述定位焊接点进行定位焊接，以便形成一次焊接舱体；

(2)采用高能束流焊对所述一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，以便形成二次焊接舱体；

(3)采用氩弧焊对所述二次焊接舱体的接缝进行焊接，以便完成舱体的焊接。

根据本发明实施例的舱体搭接结构的焊接方法，高能束流焊是靠电子或光子轰击待焊接位置的表面，通过动能产生热量进而完成焊接过程，高能束流焊可以直达接缝底部进行焊接，由此，本申请采用高能束流焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，可以有效地完成对一次焊接舱体的接缝底部的焊接；氩弧焊是靠电极和加工件之间在高频高压电场的作用下，氩气被击穿形成电弧来熔化待焊接位置表面的金属，由此，采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接，可以完成对舱体的焊接，而且氩弧焊具有自动加丝焊接的功能，从而保证了氩弧焊焊接完成后的舱体表面不会出现凹陷缺陷。由此，消除了焊不透造成的危害，提高了焊缝的实际焊接面积，提高了舱体的焊接质量和舱体的承载能力。

另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在将所述舱体厚圆筒的待焊接位置和所述舱体薄圆筒的待焊接位置进行定位之前，所述方法还包括：

对所述舱体厚圆筒的待焊接位置和所述舱体薄圆筒的待焊接位置进行清洁处理。

在本发明的一些实施例中，所述清洁处理的方式选自砂纸打磨、不锈钢丝刷打磨、不锈钢丝轮打磨、酒精清洗和丙酮清洗中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，基于所述舱体搭接结构的接缝的深度方向，所述打底焊接的焊接深度为20％-40％。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述数目不小于6。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述定位焊接点的相邻点之间的距离相等。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述高能束流焊的激光功率为1000～1500W，所述高能束流焊的焊接速度为0.02～0.04m/s，所述高能束流焊的离焦量为-2～+2mm。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述氩弧焊的焊接电流为80～120A，所述氩弧焊的焊接电压为10～12V，所述氩弧焊的送丝速度为20-40cm/min，所述氩弧焊的焊接速度为18～25cm/min，所述氩弧焊的脉冲时间为0.2～0.3s，所述氩弧焊的焊接间隔时间为0.2～0.3s，所述氩弧焊的基值电流为40-60A。

在本发明的一些实施例中，所述第一舱体搭接结构的待焊接位置的材料包括钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述第二舱体搭接结构的待焊接位置的材料包括钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述高能束流焊包括激光焊和电子束焊中的至少一种。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的舱体搭接结构的焊接方法的流程图；

图2是现有技术的采用氩弧焊直接焊接舱体搭接结构后的焊接缺陷图；

图3是本发明一个实施例的采用高能束流焊进行打底焊接的示意图；

图4是本发明一个实施例的采用氩弧焊焊接二次焊接舱体的示意图。

附图标记：

1-第一舱体搭接结构；2-第二舱体搭接结构；3-焊不透区域；4-高能束流焊；5-电弧；6-接缝；7-氩弧焊。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种舱体搭接结构的焊接方法。根据本发明的实施例，参考附图1，上述方法包括：

S100：采用氩弧焊对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位焊接，形成一次焊接舱体

在该步骤中，参考附图2，对第一舱体搭接结构1的待焊接位置和第二舱体搭接结构2的待焊接位置进行定位，确定定位焊接点，采用氩弧焊在定位焊接点进行定位焊接，以便形成一次焊接舱体。通过氩弧焊定位焊接可以减少第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置之间的间隙，有利于保证激光焊焊接的尺寸精度，进而更好地实现步骤S200对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接。

根据本发明的一个具体实施例，在对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位之前，上述方法还包括：对上述第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行清洁处理，由此，通过清洁处理可以去除第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置表面的氧化物、油污及其他脏物，既避免了后续焊接过程中产生气孔，大幅提高焊接质量，又避免了脏物导致第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置之间的缝隙较大，进而加大后续焊接难度。

根据本发明的再一个具体实施例，在步骤S100中，上述定位焊接点的数目不小于6。发明人发现，如果被焊零件的直径不大于300mm，上述定位焊接点的数目可以为6-8，如果被焊零件的直径大于300mm，上述定位焊接点的数目可以为8-16，由此，可以显著提高定位焊接的效果。

在本发明的实施例中，上述定位焊接点的相邻点之间的距离并不受特别限制，本领域人员可根据实际定位焊接点的数目进行选择。

根据本发明的又一个具体实施例，在步骤S100中，上述定位焊接点的相邻点之间的距离为10～15mm，由此，将上述定位焊接点的相邻点之间的距离限定在上述范围内，有利于更好地进行定位焊接，避免了定位焊接出现焊接错位的情况。

根据本发明的又一个具体实施例，上述定位焊接点的相邻点之间的距离相等，由此，既有利于焊缝各处的应力基本保持一致，不容易发生焊缝裂纹和出现定位偏差等问题，又有利于实际操作进行定位，提高了定位焊接操作的便利性。

根据本发明的又一个具体实施例，在步骤S100中，上述氩弧焊的电流为40-60A，由此，将上述氩弧焊的工艺参数限定在上述范围内，既确保了对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置的焊接定位效果良好，又避免了采用氩弧焊在定位焊接点进行定位焊接后的焊接区域过大，焊接结束的舱体外形的美观度大大降低。

在本发明的实施例中，上述清洁处理的方式并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一个具体示例，上述清洁处理的方式可以选自砂纸打磨、不锈钢丝刷打磨、不锈钢丝轮打磨、酒精清洗和丙酮清洗中的至少一种。

在本发明的实施例中，上述第一舱体搭接结构的待焊接位置的材料并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一个具体示例，上述第一舱体搭接结构的待焊接位置的材料可以选自钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种。

在本发明的实施例中，上述第二舱体搭接结构的待焊接位置的材料并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一个具体示例，上述第二舱体搭接结构的待焊接位置的材料可以选自钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种。优选地，上述第一舱体搭接结构的待焊接位置的材料与上述第二舱体搭接结构的待焊接位置的材料相同。

S200：采用高能束流焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，形成二次焊接舱体

在该步骤中，参考附图3，采用高能束流焊4对一次焊接舱体的接缝6的底部进行打底焊接，以便形成二次焊接舱体。高能束流焊是靠电子或光子轰击待焊接位置的表面，通过动能产生热量进而完成焊接过程，高能束流焊可以直达接缝底部进行焊接，由此，本申请采用高能束流焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，可以有效地完成对一次焊接舱体的接缝底部的焊接，从而消除了焊缝底部的焊不透区域3。

根据本发明的又一个具体实施例，参考附图3，在步骤S200中，基于上述舱体搭接结构的接缝的深度方向，上述打底焊接的焊接深度为20％-40％，由此，将上述打底焊接的焊接深度限定在上述范围内，保证了高能束流焊可以有效地完成对一次焊接舱体的接缝底部的焊接，且经过后续S300步骤的氩弧焊焊接后，舱体不再存在焊不透区域。如果通过高能束流焊将舱体完全焊接，完成焊接的舱体不符合客户的实际需要，且完成焊接的舱体会产生较多的凹陷缺陷，完成焊接的舱体的美观度大大降低。

根据本发明的又一个具体实施例，在步骤S200中，上述高能束流焊的激光功率为1000～1500W，上述高能束流焊的焊接速度为0.02～0.04m/s，上述高能束流焊的离焦量为-2～+2mm，上述高能束流焊焊接一次焊接舱体的接缝底部的正面氩气流量为10-20L/min，上述高能束流焊焊接一次焊接舱体的接缝底部的背面氩气流量为3-5L/min，上述高能束流焊焊接一次焊接舱体的接缝底部的拖后氩气流量为15-25L/min，由此，进一步有利于完成对一次焊接舱体的接缝底部的焊接，从而消除接缝底部的焊不透区域。

根据本发明的又一个具体实施例，参考附图3，在步骤S200中，上述一次焊接舱体的待焊接部位开有焊接坡口，以便更好地对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接。

在本发明的实施例中，上述高能束流焊的种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一个具体示例，上述高能束流焊的种类包括激光焊和电子束焊中的至少一种。

S300：采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接

在该步骤中，参考附图4，采用氩弧焊7对二次焊接舱体的接缝进行焊接，以便完成舱体的焊接。氩弧焊是靠电极和加工件之间在高频高压电场的作用下，氩气被击穿形成电弧5来熔化待焊接位置表面的金属，由此，采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接，可以完成对舱体的焊接，而且现有的氩弧焊可以实行自动加丝焊接，从而保证了氩弧焊焊接完成后的舱体表面不会出现凹陷缺陷。

根据本发明的又一个具体实施例，在步骤S300中，上述氩弧焊的焊接电流为80～120A，上述氩弧焊的焊接电压为10～12V，上述氩弧焊的送丝速度为20-40cm/min，上述氩弧焊的送丝直径为1-1.2mm，上述氩弧焊的焊接速度为18～25cm/min，上述氩弧焊的脉冲时间为0.2～0.3s，上述氩弧焊的焊接间隔时间为0.2～0.3s，上述氩弧焊的基值电流为40～60A，上述氩弧焊焊接二次焊接舱体的正面氩气流量为10-20L/min，上述氩弧焊焊接二次焊接舱体的背面氩气流量为3-5L/min，上述氩弧焊焊接二次焊接舱体的拖后氩气流量为15-25L/min，由此，在采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接的时候，可以更好地完成对舱体的焊接，且保证了氩弧焊焊接完成后的舱体表面不会出现凹陷缺陷。

根据本发明的又一个具体实施例，在步骤S300中，上述二次焊接舱体的待焊接部位开有焊接坡口，以便更好地对对二次焊接舱体的接缝进行焊接。

在本发明的实施例中，上述氩弧焊的种类并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一个具体示例，上述氩弧焊为钨极氩弧焊。

根据本发明实施例的舱体搭接结构的焊接方法，采用激光焊对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位焊接，通过定位焊接可以提高第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置之间的装配精度，有利于后续对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接；高能束流焊是靠电子或光子轰击待焊接位置的表面，通过动能产生热量进而完成焊接过程，高能束流焊可以直达接缝底部进行焊接，由此，本申请采用高能束流焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，可以有效地完成对一次焊接舱体的接缝底部的焊接；氩弧焊是靠电极和加工件之间在高频高压电场的作用下，氩气被击穿形成电弧来熔化待焊接位置表面的金属，由此，采用氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接，可以完成对舱体的焊接，而且氩弧焊具有自动加丝焊接的功能，从而保证了氩弧焊焊接完成后的舱体表面不会出现凹陷缺陷。由此，消除了焊不透造成的危害，提高了焊缝的实际焊接面积，提高了舱体的焊接质量和舱体的承载能力。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

一种舱体搭接结构的焊接方法，其步骤如下：

(1)对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位，确定8个定位焊接点，定位焊接点的相邻点之间的距离为10mm；采用氩弧焊在定位焊接点进行定位焊接，以便形成一次焊接舱体，氩弧焊的电流为50A，第一舱体搭接结构和第二舱体搭接结构的材料均为钛合金；

(2)采用激光焊对一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，以便形成二次焊接舱体，基于舱体搭接结构的接缝的深度方向，打底焊接的焊接深度为40％，激光焊的激光功率为1000W，激光焊的焊接速度为0.03m/s，激光焊的离焦量为+2mm，激光焊的正面氩气流量为10L/min，激光焊的背面氩气流量为5L/min，激光焊的拖后氩气流量为15L/min；

(3)采用钨极氩弧焊对二次焊接舱体的接缝进行焊接，以便完成舱体的焊接，钨极氩弧焊的焊接电流为100A，钨极氩弧焊的焊接电压为12V，钨极氩弧焊的送丝速度为30cm/min，钨极氩弧焊的送丝直径为1.2mm，钨极氩弧焊的焊接速度为25cm/min，钨极氩弧焊的脉冲时间为0.2s，钨极氩弧焊的间隔时间为0.2s，钨极氩弧焊的基值电流为50A，钨极氩弧焊的正面氩气流量为10L/min，钨极氩弧焊的背面氩气流量为5L/min，钨极氩弧焊的拖后氩气流量为15L/min；

通过对上述焊接的舱体进行检测，发现上述舱体无焊不透区域，符合客户的需求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种舱体搭接结构的焊接方法，其特征在于，包括：

步骤（1）对第一舱体搭接结构的待焊接位置和第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位，确定定位焊接点，采用氩弧焊在所述定位焊接点进行定位焊接，以便形成一次焊接舱体；

步骤（2）采用高能束流焊对所述一次焊接舱体的接缝的底部进行打底焊接，以便形成二次焊接舱体，基于所述舱体搭接结构的接缝的深度方向，所述打底焊接的焊接深度为20%-40%；

步骤（3）采用氩弧焊对所述二次焊接舱体的接缝进行焊接，以便完成舱体的焊接；

所述第一舱体搭接结构的待焊接位置的材料包括钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种；所述第二舱体搭接结构的待焊接位置的材料包括钛合金、合金钢和不锈钢中的至少一种；

若所述舱体搭接结构的直径不大于300mm，所述定位焊接点的数目可以为6-8，若所述舱体搭接结构的直径大于300mm，所述定位焊接点的数目可以为8-16；

在步骤（2）中，所述高能束流焊的激光功率为1000~1500 W，所述高能束流焊的焊接速度为0.02~0.04 m/s，所述高能束流焊的离焦量为-2~+2 mm；

在步骤（3）中，所述氩弧焊的焊接电流为80~120 A，所述氩弧焊的焊接电压为10~12 V，所述氩弧焊的送丝速度为20-40 cm/min，所述氩弧焊的焊接速度为18~25 cm/min，所述氩弧焊的脉冲时间为0.2~0.3 s，所述氩弧焊的焊接间隔时间为0.2~0.3 s，所述氩弧焊的基值电流为40-60 A。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述第一舱体搭接结构的待焊接位置和所述第二舱体搭接结构的待焊接位置进行定位之前，所述方法还包括：

对所述第一舱体搭接结构的待焊接位置和所述第二舱体搭接结构的待焊接位置进行清洁处理；

所述清洁处理的方式选自砂纸打磨、不锈钢丝刷打磨、不锈钢丝轮打磨、酒精清洗和丙酮清洗中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述定位焊接点的相邻点之间的距离相等。