采用施加點狀預加應力對大型薄壁金屬工件焊接的方法
【專利摘要】采用施加點狀預加應力對大型薄壁金屬工件焊接的方法，先在焊道上下兩邊5λhmm處從焊縫起點開始每隔15λhmm以點接觸的方式預加應力，預加應力點接觸面為圓形，然后焊接，焊接速率控制到300mm/min；在焊接的同時對預加應力點均勻加熱至50λh℃。焊接完成后，保持上述預加應力及預熱溫度30min。焊接方式為激光焊接時，最后完成焊接后還需要將激光焦點上調4～8mm，以600mm/min的掃描速率重新對焊縫進行修整，所有焊接完成；本發(fā)明實現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，在焊接過程及焊后30min內對點狀應力點均勻加熱，可有效控制焊接變形，實現精密焊接。
【專利說明】采用施加點狀預加應力對大型薄壁金屬工件焊接的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術及應力控制【技術領域】，涉及一種焊接變形控制技術，特別涉及采用施加點狀預加應力對大型薄壁金屬工件焊接的方法，通過在焊接過程中對焊縫施加預加應力調節(jié)焊縫應力，從而防止焊縫變形的方法。
【背景技術】
[0002]大型薄壁金屬(高溫合金、不銹鋼、鋁合金、鈦合金、碳鋼等)構件在焊接過程容易因熱輸入過高及局部受熱不均產生變形、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、根據變形調整焊接順序控制變形及激光焊接等。針對大型復雜薄壁金屬構件設計專用工裝可以有效控制變形，但無法實現精密化控制，焊縫整體似乎無變形，但局部的突起與凹陷無法有效調，特別是針對一些精密結構件；焊接后打磨修配工作量大，且打磨修配過程容易再次產生應力，造成焊縫區(qū)域二次硬化，降低不銹鋼構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，導致一些裝配精度要求高的薄壁不銹鋼構件的成品率降低；焊后熱處理可以調節(jié)焊縫應力狀態(tài)，但無法控制工件，且往往導致工件扭曲，特別是復雜薄壁工件；根據變形調節(jié)焊接順序對需要大量堆焊的結構件(如橋梁結構件)適用，而對于厚度在1.5_以內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，但焊縫部位因應力集中仍出現硬化凸起，影響裝配精度。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述現有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供采用施加點狀預加應力對大型薄壁金屬工件焊接的方法，根據大型薄壁金屬工件曲面形狀隨型在焊道周圍施加點狀預加應力，在焊接過程及焊后30min內對點狀應力點均勻加熱，可有效控制焊接變形，實現精密焊接，解決了大型薄壁金屬工件焊接變形的問題；實現大型薄壁工件的精密化焊接，降低廢品率；提聞制造水平。
[0005]采用施加點狀預加應力對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處從焊縫起點開始每隔15 λ hmm以點接觸的方式預加應力，預加應力點接觸面為圓形，其圓形直徑D=5h，h為不銹鋼工件板厚，焊道首尾4 SLmm內預加應力為(0.5 SL-0.3D) λ N，其它所有點預加應力為0.5 ( δ L-D) λ N，其中:L為焊道長度，δ為長度因子，λ為材料因子；
[0007]L=O ?IOOmm(不含 100)時，δ =1 ;
[0008]L=IOO ?IOOOmm(不含 1000)時，δ =0.1 ；
[0009]L=IOOO ?1500mm 時，δ =0.01 ；
[0010]L超過1500mm時，進行分段焊接，δ隨分段長度按上述要求確定；
[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:在焊接的同時對預加應力點均勻加熱至50 λ h°C ；
[0017]步驟四:焊接完成后，保持上述預加應力及預熱溫度30min。
[0018]上述的焊接方式為激光焊接時，最后完成上述焊接后還需要將激光焦點上調4?8mm，按照步驟二的參數以600mm/min的掃描速率重新對焊縫進行修整，所有焊接完成。
[0019]本發(fā)明特點在于:
[0020]一、本發(fā)明將焊接與焊縫應力調整有效結合，應用于薄壁金屬工件焊接中，可根據不同曲面不同部位在焊接過程呈現的應力狀態(tài)自由調節(jié)，達到調節(jié)應力的作用，在焊縫敏感區(qū)域采用點狀壓觸地方式在焊接前對焊縫部位施加預加應力，以抵消焊接過程產生的應力，防止焊縫凸起；對點狀應力點的均勻加熱可保證工件始終處于一個相對穩(wěn)定的溫度場中，避免焊接過程中的急冷急熱造成的焊縫組織突變及扭曲變形，有效改善焊縫應力，控制焊接變形，提高焊縫疲勞強度。
[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，原本需要鑄造及機械加工的薄壁精密構件可以通過焊接實現，大大縮短制造周期，節(jié)省了制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]附圖為預加應力工裝示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明方法完整的步驟:
[0026]以下結合具體實施例對本發(fā)明技術方案詳細內容說明。實施例中所使用的設備及輔材為JJM-1GXY-400B數控多功能激光加工機、AVP-500焊機、力矩扳手、預加應力工裝、加熱帶。
[0027]實施例一:
[0028]應用對象及基材:某型飛機模型發(fā)動機唇口，材質0Crl8Ni9，厚度為1.2mm,焊道長度1200mm，為大曲面復雜薄壁工件。原工藝為氬弧焊，焊后變形大，無法有效裝配，采用激光焊接后，變形量為3mm，仍不能很好的滿足裝配。以下為本實施例工藝過程:
[0029]①在焊道上下兩邊12mm處從焊縫起始部位開始每隔18mm以點接觸的方式預加應力，焊道首尾48mm內預加應力為5.64N (使用力矩扳手)，其它所有點預加應力為5.4N (使用力矩扳手)；
[0030]附圖為預加應力工裝示意圖，圖中A為點接觸式預加應力螺桿；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在焊接的同時使用加熱帶將所有預加應力點均勻加熱至60°C
[0033]④焊接完成后，保持上述預加應力及溫度30min ；
[0034]⑤激光焦點上調8mm，按照步驟2的參數以600mm/min的掃描速率重新對焊縫進行修整，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僅僅為0.2mm，完全滿足裝配要求。
[0036]實施例二:
[0037]應用對象及基材:不銹鋼尾罩，材質30CrMnSi，厚度為0.8mm，焊道長度300mm，為大曲面復雜薄壁工件。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)明工藝過程:
[0038]①在焊道上下兩邊4mm處每隔12_以點接觸的方式預加應力，焊道首尾120_內預加應力為14.7N (使用力矩扳手)，其它所有點預加應力為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在焊接的同時使用加熱帶將所有預加應力點均勻加熱至40°C[0041 ] ④焊接完成后，保持上述預加應力30min ；
[0042]綜合性能:采用本發(fā)明工藝焊接的尾罩變形量僅僅為0.3mm，完全滿足裝配要求。
[0043]實施例三:
[0044]應用對象及基材:某型飛機尾噴管，材質TC4，厚度為1.2mm,焊道長度100mm，為復雜薄壁工件。原工藝為氬弧焊，焊后焊縫部位變形大，無法有效裝配，采用激光焊接后，變形量為2mm。以下為本發(fā)明工藝過程:
[0045]①在焊道上下兩邊4.8mm處從焊縫起始部位開始每隔14.4mm以點接觸的方式預加應力，焊道首尾40mm內預加應力為3.7N (使用力矩扳手)，其它所有點預加應力為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在焊接的同時使用加熱帶將所有預加應力點均勻加熱至48°C
[0048]④焊接完成后，保持上述預加應力及溫度30min ；
[0049]⑤激光焦點上調6mm，按照步驟2的參數以600mm/min的掃描速率重新對焊縫進行修整，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變形，滿足裝配要求。
【權利要求】
1.采用施加點狀預加應力對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處從焊縫起點開始每隔15 λ hmm以點接觸的方式預加應力，預加應力點接觸面為圓形，其圓形直徑D=5h，h為不銹鋼工件板厚，焊道首尾4 SL_內預加應力為(0.5 SL-0.3D) λ N，其它所有點預加應力為0.5 ( δ L-D) λ N，其中:L為焊道長度，δ為長度因子，λ為材料因子；L=O ~100mm(不含 100)時，δ =1 ;L=IOO ~1000mm(不含 1000)時，δ =0.1 ；L=1000 ~1500mm 時，δ =0.01 ；L超過1500mm時，進行分段焊接，δ隨分段長度按上述要求確定；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:在焊接的同時對預加應力點均勻加熱至50 λ h°C。步驟四:焊接完成后，保持上述預加應力及預熱溫度30min。
2.根據權利要求1所述的采用施加點狀預加應力對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，最后完成焊接后還需要將激光焦點上調4~8mm，按照步驟二的參數以600mm/min的掃描速率重新對焊縫進行修整，所有焊接完成。
【文檔編號】B23K26/24GK103600168SQ201310643370
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權日:2013年11月30日
【發(fā)明者】李延安, 魏剛, 雷其林, 劉洲超, 費航軍 申請人:中國船舶重工集團公司第十二研究所