环缝锁底接头激光焊接方法及系统pdf

  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洗整理干净；装配与点焊步骤：将清洗整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，并采取了激光点焊工艺将第一贴合面断续点固；满焊步骤：采取了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

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113770531 A (43)申请公布日 2021.12.10 (21)申请号 1.6 (22)申请日 2021.09.14 (71)申请人 上海杭和智能科技有限公司 地址 201100 上海市闵行区元江路3883号4 幢2层3201-3204、3216室 (72)发明人 胡佩佩张登明曾敏高建新 (74)专利代理机构 上海段和段律师事务所 31334 代理人 李佳俊郭国中 (51)Int.Cl. B23K 26/22 (2006.01) B23K 26/28 (2014.01) B23K 26/60 (2014.01) B23K 26/70 (2014.01) B23K 37/053 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (54)发明名称 环缝锁底接头激光焊接方法及系统 (57)摘要 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：将清洗整理干净后的锁底件 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 A 角处设计凹槽结构，在结构上实现了激光焊接的 1 穿透状态，解决气孔问题。 3 5 0 7 7 3 1 1 N C CN 113770531 A 权利要求书 1/1页 1.一种环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，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：将清洗整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，并采取了激光点焊工艺将第一贴合面断续点固； 满焊步骤：采取了激光焊接工艺将第一贴合面熔合。 2.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征是，所述凹槽的左边边 界位于第一贴合面的左侧。 3.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔位于锁 底件上或者被锁底件上。 4.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔的横截 面为半圆形或者多边形。 5.根据权利要求4所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔的横截 面为半圆形。 6.根据权利要求5所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔的轮廓 直径为0.05～1mm。 7.根据权利要求4所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔沿径向 均匀分布。 8.根据权利要求7所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔之间的 间距为0.1°～10°。 9.根据权利要求1所述的环缝锁底接头激光焊接方法，其特征在于，所述导气孔之间的 间距为5°。 10.一种环缝锁底接头激光焊接系统，其特征在于，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：将清洗整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。 2 2 CN 113770531 A 说明书 1/4页 环缝锁底接头激光焊接方法及系统 技术领域 [0001] 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 [0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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 [0005] 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。 [0006] 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： [0007] 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； [0008] 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； [0009] 装配与点焊步骤：将清洗整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，并采取了激光点焊工艺将第一贴合面断续点固； [0010] 满焊步骤：采取了激光焊接工艺将第一贴合面熔合。 3 3 CN 113770531 A 说明书 2/4页 [0011] 优选的，所述凹槽的左边边界位于第一贴合面的左侧。 [0012] 优选的，所述导气孔位于锁底件上或者被锁底件上。 [0013] 优选的，所述导气孔的横截面为圆形或者多边形。 [0014] 优选的，所述导气孔的横截面为圆形。 [0015] 优选的，所述导气孔的轮廓直径为0.05～1mm。 [0016] 优选的，所述导气孔沿径向均匀分布。 [0017] 优选的，所述导气孔之间的间距为0.1°～10°。 [0018] 优选的，所述导气孔之间的间距为5°。 [0019] 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： [0020] 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； [0021] 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； [0022] 装配与点焊模块：将清洗整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； [0023] 满焊模块：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。 [0024] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0025] 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； [0026] 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； [0027] 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； [0028] 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 [0029] 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： [0030] 图1为本发明实施例中的接头设计示意图一； [0031] 图2为本发明实施例中的锁底件沿贴合面A的剖面图； [0032] 图3为本发明实施例中的立向上焊接姿态示意图； [0033] 图4为本发明实施例中的接头设计示意图二。 4 4 CN 113770531 A 说明书 3/4页 具体实施方式 [0034] 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。 [0035] 实施例1： [0036] 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： [0037] 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； [0038] 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； [0039] 装配与点焊步骤：将清洗整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，并采取了激光点焊工艺将第一贴合面断续点固； [0040] 满焊步骤：采取了激光焊接工艺将第一贴合面熔合。 [0041] 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°。 [0042] 实施例2： [0043] 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： [0044] 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； [0045] 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； [0046] 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； [0047] 满焊模块：采用激光焊接工艺将第一贴合面熔合。 [0048] 实施例3： [0049] 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。 [0050] 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。 [0051] 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。 [0052] 导气孔位于锁底件上，且沿径向分布。 [0053] 导气孔的横截面为半圆形。 [0054] 导气孔的直径为0.5mm。 5 5 CN 113770531 A 说明书 4/4页 [0055] 导气孔之间的间距为5°。 [0056] 实施例4： [0057] 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。 [0058] 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，最重要的包含如下 步骤： [0059] (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。 [0060] (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； [0061] (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，并采取了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。 [0062] (4)满焊：采取了激光焊接工艺，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。 [0063] 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，能解决气孔问 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。 [0064] 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。 [0065] 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，本领域技术人能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能随意相 互组合。 6 6 CN 113770531 A 说明书附图 1/3页 图1 7 7 CN 113770531 A 说明书附图 2/3页 图2 8 8 CN 113770531 A 说明书附图 3/3页 图3 图4 9 9

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