环缝锁底接头激光焊接方法及系统
阅读说明：本技术 环缝锁底接头激光焊接方法及系统 (Laser welding method and system for circular seam lock bottom joint ) 是由 胡佩佩 张登明 曾敏 高建新 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种环缝锁底接头激光焊接方法及系统,包括如下步骤：接头设计步骤：在锁底件的两个贴合面的夹角处设计凹槽,两个贴合面分别为第一贴合面和第二贴合面,在其中第一贴合面处设计导气孔,导气孔用于联通凹槽和锁底件外表面；部件制备步骤：加工制备锁底件和被锁底件,并将加工好的锁底件和被锁底件清理干净；装配与点焊步骤：将清理干净后的锁底件和被锁底件配合装夹后,一起装配到旋转变位装置上,并采用激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；满焊步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。本发明通过在锁底件上的两个贴合面的夹角处设计凹槽结构,在结构上实现了激光焊接的穿透状态,解决气孔问题。(The invention provides a laser welding method and a laser welding system for a circular seam lock bottom joint, which comprise the following steps: a joint design step: a groove is designed at the included angle of two binding surfaces of the lock bottom piece, the two binding surfaces are respectively a first binding surface and a second binding surface, and an air guide hole is designed at the first binding surface and is used for communicating the groove and the outer surface of the lock bottom piece; a component preparation step: processing and preparing a bottom locking piece and a bottom locking piece, and cleaning the processed bottom locking piece and the processed bottom locking piece; assembling and spot welding: after the cleaned lock bottom piece and the cleaned lock bottom piece are clamped in a matched mode, the lock bottom piece and the lock bottom piece are assembled on a rotary displacement device together, and the first binding surface is intermittently fixed in a point mode through a laser spot welding process; and (3) full welding: and fusing the first binding surface by adopting a laser welding process. According to the invention, the groove structure is designed at the included angle of the two binding surfaces on the lock bottom piece, the penetration state of laser welding is realized structurally, and the problem of air holes is solved.)
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体地，涉及一种环缝锁底接头激光焊接方法及系统。
背景技术
锁底接头由于不穿透焊接的工艺特点，其内壁光滑，而且内壁温度热循环的最高温度低于内壁材料熔点，特别适合带充填物的封闭结构的焊接接头设计，如某型号的侧向力固体火箭发动机不锈钢燃烧室壳体，就采用了锁底接头设计，并通过焊接成形。另外，对于大尺寸薄壁件的环缝对接，锁底接头也更容易实现可靠的装配与定位，如某钛合金环形贮箱的筒段与端框的连接采用锁底接头设计，并通过焊接成形，但是在进行焊接的过程中，锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题。
公开号为CN109454330B的专利文献公开了一种环缝锁底接头及其制造焊接方法，所述方法主要包括接头设计步骤、部件制备步骤、焊接准备步骤、装配点焊步骤以及正式焊接步骤，接头设计重点针对锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题，在锁底件上设计了凹槽，在锁底件上设计了沟槽。但是该专利文献会对产品内部产生不利影响：1、高温金属蒸气进入产品内腔，对产品内腔的装填物形成加热效果，存在安全风险，尤其是装填物是易燃易爆物质时；2、金属蒸气冷却后会形成颗粒物，该颗粒物会存在于沟槽内甚至进入产品内腔形成多余物，影响装填物成分构成，存在质量风险。
公开号为CN104439686A的专利文献公开了一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法。它包括下述步骤：步骤一：改造被焊接件，在箱底叉形环上开焊漏槽，焊漏槽设置在箱底叉形环焊缝最底部，步骤二：焊接件搭接，将被焊接的箱底叉形环和短壳搭接在一起，形成焊缝，步骤三：焊接，用搅拌摩擦焊方式沿焊缝进行焊接。但是该专利文献仍然存在锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种环缝锁底接头激光焊接方法及系统。
根据本发明提供的一种环缝锁底接头激光焊接方法，包括如下步骤：
接头设计步骤：在锁底件的两个贴合面的夹角处设计凹槽，两个贴合面分别为第一贴合面和第二贴合面，在其中第一贴合面处设计导气孔，导气孔用于联通凹槽和锁底件外表面；
部件制备步骤：加工制备锁底件和被锁底件，并将加工好的锁底件和被锁底件清理干净；
装配与点焊步骤：将清理干净后的锁底件和被锁底件配合装夹后，一起装配到旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；
满焊步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。
优选的，所述凹槽的左边边界位于第一贴合面的左侧。
优选的，所述导气孔位于锁底件上或者被锁底件上。
优选的，所述导气孔的横截面为圆形或者多边形。
优选的，所述导气孔的横截面为圆形。
优选的，所述导气孔的轮廓直径为0.05～1mm。
优选的，所述导气孔沿径向均匀分布。
优选的，所述导气孔之间的间距为0.1°～10°。
优选的，所述导气孔之间的间距为5°。
本发明还提供一种环缝锁底接头激光焊接系统，包括如下模块：
接头设计模块：在锁底件的两个贴合面的夹角处设计凹槽，两个贴合面分别为第一贴合面和第二贴合面，在其中第一贴合面处设计导气孔，导气孔用于联通凹槽和锁底件外表面；
部件制备模块：加工制备锁底件和被锁底件，并将加工好的锁底件和被锁底件清理干净；
装配与点焊模块：将清理干净后的锁底件和被锁底件配合装夹后，一起装配到旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；
满焊模块：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过在锁底件上的两个贴合面的夹角处设计凹槽结构，相当于在焊缝背面创造了一定的自由空间，在结构上实现了激光焊接的穿透状态，这样激光焊接的小孔底部可以处于自由状态，不会出现需要向上溢出的气泡，因此，可以解决气孔问题；
2、本发明通过在锁底件的贴合面处设计导气孔，该导气孔联通沟槽形成的封闭腔与锁底件的外壁，降低封闭腔的内压，疏导避免“憋气”使金属蒸气从激光焊接小孔窜出而影响焊接过程稳定；
3、本发明通过在锁底件的贴合面处设计导气孔，该导气孔联通沟槽形成的封闭腔与锁底件的外壁，将高温金属蒸气引导到产品外部，避免对产品内腔的装填物形成加热效果，规避安全风险；
4、本发明通过在锁底件的贴合面处设计导气孔，该导气孔联通沟槽形成的封闭腔与锁底件的外壁，避免金属蒸气冷却后形成颗粒物存在于沟槽内甚至进入产品内腔形成多余物，该多余物既可能影响装填物成分，也可能在服役过程中与金属内壁摩擦产生静电或者火花，从而规避质量及进一步的安全风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中的接头设计示意图一；
图2为本发明实施例中的锁底件沿贴合面A的剖面图；
图3为本发明实施例中的立向上焊接姿态示意图；
图4为本发明实施例中的接头设计示意图二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1～3所示，本实施例提供的一种环缝锁底接头激光焊接方法，包括如下步骤：
接头设计步骤：在锁底件的两个贴合面的夹角处设计凹槽，两个贴合面分别为第一贴合面和第二贴合面，在其中第一贴合面处设计导气孔，导气孔用于联通凹槽和锁底件外表面；
部件制备步骤：加工制备锁底件和被锁底件，并将加工好的锁底件和被锁底件清理干净；
装配与点焊步骤：将清理干净后的锁底件和被锁底件配合装夹后，一起装配到旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；
满焊步骤：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。
凹槽的左边边界位于第一贴合面的左侧。导气孔位于锁底件上或者被锁底件上，导气孔的横截面为圆形或者多边形，导气孔的横截面为圆形，导气孔的轮廓直径为0.05～1mm，导气孔沿径向均匀分布，导气孔之间的间距为0.1°～10°，导气孔之间的间距为5°。
实施例2：
本实施例提供的一种环缝锁底接头激光焊接系统，包括如下模块：
接头设计模块：在锁底件的两个贴合面的夹角处设计凹槽，两个贴合面分别为第一贴合面和第二贴合面，在其中第一贴合面处设计导气孔，导气孔用于联通凹槽和锁底件外表面；
部件制备模块：加工制备锁底件和被锁底件，并将加工好的锁底件和被锁底件清理干净；
装配与点焊模块：将清理干净后的锁底件和被锁底件配合装夹后，一起装配到旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；
满焊模块：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。
实施例3：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
如图2～4所示，本实施例提供的一种环缝锁底接头激光焊接方法，接头设计的重点是，针对锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题，在锁底件上的贴合面A和贴合面B的夹角处设计了凹槽，同时在锁底件上的贴合面A处设计了导气孔，该导气孔可将凹槽形成的封闭腔与外界联通，进而将激光焊接产生的高温金属蒸气引导到锁底件外部。
凹槽深入锁底件内部，使凹槽的左边边界位于贴合面A的左侧，这样可以进一步的增加对接焊接的两边热容量的对称性，并提高焊缝成形的均匀性。
导气孔位于锁底件上，且沿径向分布。
导气孔的横截面为半圆形。
导气孔的直径为0.5mm。
导气孔之间的间距为5°。
实施例4：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
如图2～4所示，本实施例提供的一种环缝锁底接头激光焊接方法，主要包括如下步骤：
(1)接头设计：对接面厚度为5mm的环缝锁底接头，在锁底件的贴合面A和贴合面B的夹角处设置凹槽，凹槽往左侧深入0.5mm，往右2mm，往下1mm。另外，在贴合面A上设计72个导气孔，导气孔联通凹槽形成的环形腔与锁底件外表面，相邻导气孔间隔5°均匀分布，导气孔截面为直径0.5mm的半圆形。
(2)部件制备：采用机加工工艺制备锁底件和被锁底件，并酸洗烘干；
(3)装配与点焊：将锁底件和被锁底件配合装夹后，一起装配到水平旋转变位装置上，并采用激光点焊工艺在贴合面A位置，竖直向下进行点焊固定；激光点焊工艺主要参数为：激光功率1000W，焊接速度为1m/min，离焦量为-1mm。
(4)满焊：采用激光焊接工艺，调整激光焊接头处于立焊姿态；激光焊接工艺主要参数为：激光功率4000W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为-1mm。
本发明的接头设计重点针对锁底接头激光焊接的非穿透状态容易形成气孔的问题，在锁底件上设计了凹槽，凹槽在结构上实现了激光焊接的穿透状态，可以解决气孔问题。为了进一步解决锁底件和被锁底件装配后，凹槽形成封闭腔，腔内气体在焊接受热时剧烈膨胀压力升高，在焊接的过程中，封闭腔内气体会严重扰动焊接熔池，并影响激光焊接小孔稳定性而导致焊缝出现气孔问题，因此在贴合面A处设计了一圈导气孔，该导气孔可以连通封闭腔和产品外界，在激光焊接受热膨胀和冷却收缩时，腔内气体根外界自由“呼吸”流通，保持腔内气压稳定，而不会扰动激光焊接熔池和小孔，同时，也不会对产品内部空间产生热输入或者多余物。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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