采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法
【專利摘要】采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，先在焊道上下兩邊5λhmm處從焊縫起點(diǎn)開(kāi)始每隔15λhmm以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)接觸面為圓形，然后焊接，焊接速率控制到300mm/min；在焊接的同時(shí)對(duì)預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至50λh℃。焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力及預(yù)熱溫度30min。焊接方式為激光焊接時(shí)，最后完成焊接后還需要將激光焦點(diǎn)上調(diào)4～8mm，以600mm/min的掃描速率重新對(duì)焊縫進(jìn)行修整，所有焊接完成；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)大型薄壁工件的精密化焊接，降低廢品率；提高制造水平，改變一些特殊部件制造方式，在焊接過(guò)程及焊后30min內(nèi)對(duì)點(diǎn)狀應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱，可有效控制焊接變形，實(shí)現(xiàn)精密焊接。
【專利說(shuō)明】采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)及應(yīng)力控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種焊接變形控制技術(shù)，特別涉及采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，通過(guò)在焊接過(guò)程中對(duì)焊縫施加預(yù)加應(yīng)力調(diào)節(jié)焊縫應(yīng)力，從而防止焊縫變形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型薄壁金屬(高溫合金、不銹鋼、鋁合金、鈦合金、碳鋼等)構(gòu)件在焊接過(guò)程容易因熱輸入過(guò)高及局部受熱不均產(chǎn)生變形、扭曲以及焊縫硬化凸起，影響裝配精度和性能。
[0003]目前，用于大型薄壁金屬構(gòu)件精密焊接的方法主要有專用工裝控制變形、焊接后鉗工打磨修配、焊后熱處理控制變形、根據(jù)變形調(diào)整焊接順序控制變形及激光焊接等。針對(duì)大型復(fù)雜薄壁金屬構(gòu)件設(shè)計(jì)專用工裝可以有效控制變形，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密化控制，焊縫整體似乎無(wú)變形，但局部的突起與凹陷無(wú)法有效調(diào)，特別是針對(duì)一些精密結(jié)構(gòu)件；焊接后打磨修配工作量大，且打磨修配過(guò)程容易再次產(chǎn)生應(yīng)力，造成焊縫區(qū)域二次硬化，降低不銹鋼構(gòu)件的疲勞壽命以及耐蝕性能，鉗工修配亦不能有效保證修配精度，導(dǎo)致一些裝配精度要求高的薄壁不銹鋼構(gòu)件的成品率降低；焊后熱處理可以調(diào)節(jié)焊縫應(yīng)力狀態(tài)，但無(wú)法控制工件，且往往導(dǎo)致工件扭曲，特別是復(fù)雜薄壁工件；根據(jù)變形調(diào)節(jié)焊接順序?qū)π枰罅慷押傅慕Y(jié)構(gòu)件(如橋梁結(jié)構(gòu)件)適用，而對(duì)于厚度在1.5_以內(nèi)的薄壁工件效果并不明顯；采用激光焊接雖能使變形扭曲減小，但焊縫部位因應(yīng)力集中仍出現(xiàn)硬化凸起，影響裝配精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，根據(jù)大型薄壁金屬工件曲面形狀隨型在焊道周圍施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力，在焊接過(guò)程及焊后30min內(nèi)對(duì)點(diǎn)狀應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱，可有效控制焊接變形，實(shí)現(xiàn)精密焊接，解決了大型薄壁金屬工件焊接變形的問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)大型薄壁工件的精密化焊接，降低廢品率；提聞制造水平。
[0005]采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:在焊道上下兩邊5 λ hmm處從焊縫起點(diǎn)開(kāi)始每隔15 λ hmm以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)接觸面為圓形，其圓形直徑D=5h，h為不銹鋼工件板厚，焊道首尾4 SLmm內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為(0.5 SL-0.3D) λ N，其它所有點(diǎn)預(yù)加應(yīng)力為0.5 ( δ L-D) λ N，其中:L為焊道長(zhǎng)度，δ為長(zhǎng)度因子，λ為材料因子；
[0007]L=O ?IOOmm(不含 100)時(shí)，δ =1 ;
[0008]L=IOO ?IOOOmm(不含 1000)時(shí)，δ =0.1 ；
[0009]L=IOOO ?1500mm 時(shí)，δ =0.01 ；
[0010]L超過(guò)1500mm時(shí)，進(jìn)行分段焊接，δ隨分段長(zhǎng)度按上述要求確定；
[0011]鈦合金λ =0.8;
[0012]不銹鋼、碳鋼、鐵類λ =1[0013]聞溫合金λ =1.2 ；
[0014]鋁合金、鎂合金λ =1.4 ;
[0015]步驟二:焊接，焊接速率控制到300mm/min ；
[0016]步驟三:在焊接的同時(shí)對(duì)預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至50 λ h°C ；
[0017]步驟四:焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力及預(yù)熱溫度30min。
[0018]上述的焊接方式為激光焊接時(shí)，最后完成上述焊接后還需要將激光焦點(diǎn)上調(diào)4?8mm，按照步驟二的參數(shù)以600mm/min的掃描速率重新對(duì)焊縫進(jìn)行修整，所有焊接完成。
[0019]本發(fā)明特點(diǎn)在于:
[0020]一、本發(fā)明將焊接與焊縫應(yīng)力調(diào)整有效結(jié)合，應(yīng)用于薄壁金屬工件焊接中，可根據(jù)不同曲面不同部位在焊接過(guò)程呈現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)自由調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)應(yīng)力的作用，在焊縫敏感區(qū)域采用點(diǎn)狀壓觸地方式在焊接前對(duì)焊縫部位施加預(yù)加應(yīng)力，以抵消焊接過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力，防止焊縫凸起；對(duì)點(diǎn)狀應(yīng)力點(diǎn)的均勻加熱可保證工件始終處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中，避免焊接過(guò)程中的急冷急熱造成的焊縫組織突變及扭曲變形，有效改善焊縫應(yīng)力，控制焊接變形，提高焊縫疲勞強(qiáng)度。
[0021]二、本發(fā)明適用于所有常規(guī)大型平面及曲面薄壁金屬工件的焊接，如鈦合金、鎂合金、鋁合金、不銹鋼、高溫合金等。
[0022]三、本發(fā)明所提出的新型大型薄壁金屬工件焊接工藝可有效提高大型薄壁精密金屬工件焊接成品率，提高制造效率。
[0023]四、本發(fā)明所提出的新型大型薄壁金屬工件精密焊接工藝有助于提高制造業(yè)水平，降低制造業(yè)成本，原本需要鑄造及機(jī)械加工的薄壁精密構(gòu)件可以通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)，大大縮短制造周期，節(jié)省了制造成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]附圖為預(yù)加應(yīng)力工裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明方法完整的步驟:
[0026]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)內(nèi)容說(shuō)明。實(shí)施例中所使用的設(shè)備及輔材為JJM-1GXY-400B數(shù)控多功能激光加工機(jī)、AVP-500焊機(jī)、力矩扳手、預(yù)加應(yīng)力工裝、加熱帶。
[0027]實(shí)施例一:
[0028]應(yīng)用對(duì)象及基材:某型飛機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)唇口，材質(zhì)0Crl8Ni9，厚度為1.2mm,焊道長(zhǎng)度1200mm，為大曲面復(fù)雜薄壁工件。原工藝為氬弧焊，焊后變形大，無(wú)法有效裝配，采用激光焊接后，變形量為3mm，仍不能很好的滿足裝配。以下為本實(shí)施例工藝過(guò)程:
[0029]①在焊道上下兩邊12mm處從焊縫起始部位開(kāi)始每隔18mm以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，焊道首尾48mm內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為5.64N (使用力矩扳手)，其它所有點(diǎn)預(yù)加應(yīng)力為5.4N (使用力矩扳手)；
[0030]附圖為預(yù)加應(yīng)力工裝示意圖，圖中A為點(diǎn)接觸式預(yù)加應(yīng)力螺桿；B為焊道；C為螺桿固定托板；D托板支架；E為地板托架(槽鋼)；F大型薄壁金屬工件；為G為螺紋孔；[0031]②采用激光焊接，電流150A、頻率18Hz、脈寬6ms、光斑寬度1.0mm，焊接速率為300mm/min ；
[0032]③在焊接的同時(shí)使用加熱帶將所有預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至60°C
[0033]④焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力及溫度30min ；
[0034]⑤激光焦點(diǎn)上調(diào)8mm，按照步驟2的參數(shù)以600mm/min的掃描速率重新對(duì)焊縫進(jìn)行修整，所有焊接完成。
[0035]綜合性能:采用本發(fā)明工藝焊接的唇口變形量?jī)H僅為0.2mm，完全滿足裝配要求。
[0036]實(shí)施例二:
[0037]應(yīng)用對(duì)象及基材:不銹鋼尾罩，材質(zhì)30CrMnSi，厚度為0.8mm，焊道長(zhǎng)度300mm，為大曲面復(fù)雜薄壁工件。原工藝為激光焊接，變形量為7mm，仍不能很好的滿足裝配。以下為本發(fā)明工藝過(guò)程:
[0038]①在焊道上下兩邊4mm處每隔12_以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，焊道首尾120_內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為14.7N (使用力矩扳手)，其它所有點(diǎn)預(yù)加應(yīng)力為14.5N (使用力矩扳手)；
[0039]②采用鎢極氬弧焊，采用直流脈沖，電流80A、電壓40Hz、氬氣流量6.4L/min、鎢極直徑2mm、焊接速率為300mm/min,焊絲采用70S-6、焊絲直徑1.2mm ；
[0040]③在焊接的同時(shí)使用加熱帶將所有預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至40°C[0041 ] ④焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力30min ；
[0042]綜合性能:采用本發(fā)明工藝焊接的尾罩變形量?jī)H僅為0.3mm，完全滿足裝配要求。
[0043]實(shí)施例三:
[0044]應(yīng)用對(duì)象及基材:某型飛機(jī)尾噴管，材質(zhì)TC4，厚度為1.2mm,焊道長(zhǎng)度100mm，為復(fù)雜薄壁工件。原工藝為氬弧焊，焊后焊縫部位變形大，無(wú)法有效裝配，采用激光焊接后，變形量為2mm。以下為本發(fā)明工藝過(guò)程:
[0045]①在焊道上下兩邊4.8mm處從焊縫起始部位開(kāi)始每隔14.4mm以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，焊道首尾40mm內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為3.7N (使用力矩扳手)，其它所有點(diǎn)預(yù)加應(yīng)力為3.5N(使用力矩扳手);
[0046]②采用激光焊接，電流160A、頻率16Hz、脈寬6ms、光斑寬度1.2mm，焊接速率為300mm/min ；
[0047]③在焊接的同時(shí)使用加熱帶將所有預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至48°C
[0048]④焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力及溫度30min ；
[0049]⑤激光焦點(diǎn)上調(diào)6mm，按照步驟2的參數(shù)以600mm/min的掃描速率重新對(duì)焊縫進(jìn)行修整，所有焊接完成。
[0050]綜合性能:采用本發(fā)明工藝焊接的尾噴管無(wú)變形，滿足裝配要求。
【權(quán)利要求】
1.采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟一:在焊道上下兩邊5 λ hmm處從焊縫起點(diǎn)開(kāi)始每隔15 λ hmm以點(diǎn)接觸的方式預(yù)加應(yīng)力，預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)接觸面為圓形，其圓形直徑D=5h，h為不銹鋼工件板厚，焊道首尾4 SL_內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為(0.5 SL-0.3D) λ N，其它所有點(diǎn)預(yù)加應(yīng)力為0.5 ( δ L-D) λ N，其中:L為焊道長(zhǎng)度，δ為長(zhǎng)度因子，λ為材料因子；L=O ~100mm(不含 100)時(shí)，δ =1 ;L=IOO ~1000mm(不含 1000)時(shí)，δ =0.1 ；L=1000 ~1500mm 時(shí)，δ =0.01 ；L超過(guò)1500mm時(shí)，進(jìn)行分段焊接，δ隨分段長(zhǎng)度按上述要求確定；鈦合金λ =0.8 ；不銹鋼、碳鋼、鐵類λ=1高溫合金λ =1.2 ;招合金、續(xù)合金入=1.4 ;步驟二:焊接，焊接速率控制到300mm/min ；步驟三:在焊接的同時(shí)對(duì)預(yù)加應(yīng)力點(diǎn)均勻加熱至50 λ h°C。步驟四:焊接完成后，保持上述預(yù)加應(yīng)力及預(yù)熱溫度30min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用施加點(diǎn)狀預(yù)加應(yīng)力對(duì)大型薄壁金屬工件焊接的方法，其特征在于，焊接方式為激光焊接時(shí)，最后完成焊接后還需要將激光焦點(diǎn)上調(diào)4~8mm，按照步驟二的參數(shù)以600mm/min的掃描速率重新對(duì)焊縫進(jìn)行修整，所有焊接完成。
【文檔編號(hào)】B23K26/24GK103600168SQ201310643370
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】李延安, 魏剛, 雷其林, 劉洲超, 費(fèi)航軍 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所