專利名稱：高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，特別是適應(yīng)于焊接材料不同、要求承受壓強大、泄漏率低的高壓密封產(chǎn)品
背景技術(shù)：
閥體組件是航空發(fā)動機上典型高壓密封產(chǎn)品，其制造的精度直接影響航空發(fā)動機的重要特性。因此，對閥體組件連接有嚴(yán)格要求。通常高壓密封閥體組件連接主要有整體機械加工和焊接加工兩種方式。采用整體機械加工，エ藝復(fù)雜、制造成本高，且生產(chǎn)效率低，不便于批量生產(chǎn)，并且該閥體組件在特殊環(huán)境下工作，閥座為耐熱鋼，墊片為0Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼，異種材料組成無法進行整體機械加工。作為最后一道エ序，焊后無余量加工，因此對焊接變形控制要求嚴(yán)格，更不允許焊縫穿透密封墊片，否則墊片失去密封作用。采用常規(guī)焊接方法一気弧焊，輸出熱量過大、熱影響區(qū)過寬、焊接變形嚴(yán)重，同軸度無法控制在0. 05mm以內(nèi)，無法滿足使用要求，很難從エ藝參數(shù)上對焊接質(zhì)量進行有效控制，無法從根本上避免焊接變形現(xiàn)象，造成零件報廢。采用常規(guī)激光焊接方法，功率密度過高、穿透カ過強、能量過于集中，容易出現(xiàn)表面成形不夠均勻，焊縫的后1/3段表面有凹陷缺陷，產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是由于墊片過薄，熱容量相對較小，焊接過程中不同的時間段零件溫升差異很大，特別是在焊接環(huán)焊縫的后1/3段，由于激光焊接過程的加熱和前段焊縫的熱傳導(dǎo)，零件升溫已較高，焊縫金屬熔化量相對前2/3段要大，焊縫成形較前2/3段寬且形成深淺不一的凹陷現(xiàn)象，從而造成零件焊后變形嚴(yán)重，同軸度無法控制在0. 05_以內(nèi)，當(dāng)焊深超過止ロ線時極易出現(xiàn)局部燒穿、焊漏，造成零件報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種質(zhì)量穩(wěn)定、效率較高，接頭處焊接后熔深適中、焊縫規(guī)則、接頭光亮、熔化均勻、激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密焊道的加工方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，包括如下步驟
(a)首先用機械方法去除零件待焊接處接頭部位表面的氧化物，然后用有機清洗剤，對焊縫接頭部位進行清洗；
(b)通過專用夾具將閥座與密封墊片焊縫角接處緊密貼合在一起；
(C)根據(jù)材料的特點，合理設(shè)置單個脈沖能量，脈沖波形采用“前陡后緩”，使激光能量快速上升到峰值，材料迅速加熱以改善吸收性，隨后緩慢下降并維持繼續(xù)加熱，避免強烈飛濺的同時增加熔深，將角接處部位熔化成一體，通過合理匹配焊接速度、脈沖頻率，使得激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密的焊道。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果
本發(fā)明通過程序設(shè)置脈沖波形，采用脈沖激光對閥體組件分段施焊項異種材料，整體連接，利用方法對設(shè)備無其他要求，在一般激光焊機上即可完成高壓密封閥體組件的焊接。對激光焊接設(shè)備無其他要求，操控簡便、批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、精確可控、效率較高；激光焊接后熔深適中、焊縫規(guī)則、接頭光亮、熔化均勻，斑點重疊，焊道致密；本發(fā)明所述脈沖激光焊接方法相對于與整體機械加工方法，エ藝簡單、制造成本低，且生產(chǎn)效率高，相對于其他焊接方法變形小、精度高，相對于常規(guī)激光焊接，穩(wěn)定性好、可靠性高、密封效果好。本發(fā)明所述加工方法是對高壓密封閥體組件分段施焊，整體連接，所需エ藝流程簡單，成型效率高，焊后同軸度控制在0. 02mm以內(nèi)，熱變形量極小、經(jīng)高壓密封試驗，焊接強度可承受40MPa壓強、泄漏率穩(wěn)定在3X 10, Pa m3/s，產(chǎn)品合格率達到100%，完全滿足設(shè)計要求。


圖I是本發(fā)明高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的示意圖。圖中1.閥座，2.密封墊片。
具體實施例方式參見圖I。以下實施例中將進ー步說明本發(fā)明，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而對本發(fā)明沒有限制。焊前準(zhǔn)備。用機械方法去除零件接頭表面的氧化物，焊前用有機清洗劑丙酮對待焊處接頭附近嚴(yán)格的清洗。采用剛性固定法，將閥座與墊片緊密貼合裝入夾具，“八點對稱、螺栓緊固”，預(yù)緊カ的大小由螺紋調(diào)整。通過“側(cè)頂上壓”控制焊后軸、徑兩個方向的收縮、以減小角變形和彎曲變形，從而控制閥座與墊片的同軸度，最大限度保證閥體組件密封效果。根據(jù)不銹鋼與耐熱鋼材料焊接特點，首先對裝配組件圓周接縫處實施若干點脈沖激光定位點焊，定位焊點在環(huán)行焊縫上均布，以減小環(huán)行焊縫在焊接過程中因局部受熱引起的變形，同時避免受熱導(dǎo)致待焊處張ロ，確保焊接密封性。選擇激光峰功率、脈沖寬度、離焦量激光參數(shù)。在激光參數(shù)的選擇上，可以選擇，激光峰功率為20% 30%，脈沖寬度為25 35ms，離焦量為-0. 5 Ommエ藝參數(shù)中，取任意ー個具體數(shù)值。設(shè)定脈沖激光波形為“前陡后緩”，有利于兩種材料迅速加熱，改善吸收性能，當(dāng)激光按照一定的脈沖波形斜率快速上升到峰值后，為了避免金屬強烈蒸發(fā)產(chǎn)生飛濺同時增加熔深，脈沖峰值宜迅速降低并維持繼續(xù)加熱，在蒸汽壓カ減小的情況時，有助于在熔池金屬開始結(jié)晶前填滿凹坑，以使已熔金屬填滿在脈沖起始階段內(nèi)形成的凹坑。延長脈沖后沿，緩慢下降，防止熔池金屬冷凝后形成氣孔，増加脈沖持續(xù)時間，徹底排除熔池內(nèi)的非溶解氣體。激光脈沖“快升緩降”，合理分配焊接能量，減小材料對激光能量反射，達到“焊前預(yù)熱、焊后緩冷”的效果，以消除焊接后氣孔、殘余應(yīng)カ及焊縫開裂的敏感性，利用激光上升下降時所產(chǎn)生的熱量實施瞬間焊接，將閥體組件密封連接部位熔化成一體。重新設(shè)置激光脈沖波形及エ藝參數(shù)可進行不同厚度材料的焊接。合理設(shè)置峰功值，激光焦點位置對熔深影響很大，在設(shè)定較小的脈沖功率下，將激光焦點位置調(diào)節(jié)到エ件表面以下0. 5_左右，最大限度發(fā)揮激光熔透效カ并使焊縫成形良好，以消除熔深不均的缺陷。選擇焊接速度、脈沖頻率エ藝參數(shù)。在エ藝參數(shù)的選擇上，可以選擇，焊接速度為10 15 mm/s，脈沖頻率為50 60Hz，通過合理匹配焊接速度、脈沖頻率，使得激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密的焊道。為減小變形積累量，避免焊縫凹陷、穿透，焊接時采取“分段施焊，整體連接”，盡量減小分段焊縫交接長度，避免材料反復(fù)受熱，產(chǎn)生變形。在焊接中氬氣保護采用直吹加側(cè)吹方式，直吹可先期汽化金屬蒸汽中的非金屬夾雜物，凈化熔化區(qū)獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，側(cè)吹有利于減少焊接中產(chǎn)生的等離子云，增加焊接熔深，直吹加側(cè)吹同步進行，可以獲得理想的焊接效果。接頭焊縫熔寬、熔深由焊接程序及エ藝參數(shù)決定。對于不同材質(zhì)、厚度的閥體組件只需調(diào)整脈沖波形、重新設(shè)置エ藝參數(shù)即可改變輸入焊接熱量完成加工。 通過上述措施，使脈沖激光將閥體組件熔化焊接成一體，實現(xiàn)兩種不同材料的高強度密封連接。重新設(shè)置脈沖波形、エ藝參數(shù)可進行不同厚度、不同材質(zhì)的高壓密封產(chǎn)品焊接。
權(quán)利要求
1.一種高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，包括如下步驟 (a)去除零件待焊處表面氧化物，清洗對接頭部位； (b)用夾具將閥座與密封墊片緊密貼合在一起，裝夾在三爪卡盤上，轉(zhuǎn)臺傾斜45°激光熔化閥體組件角接處部位； (c)采用“前陡后緩”脈沖波形迅速加熱，使激光能量快速上升到峰值，隨后緩慢下降并維持繼續(xù)加熱,避免強烈飛濺的同時增加熔深,將角接處部位熔化成一體,匹配焊接速度和脈沖頻率，激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密的焊道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，在激光參數(shù)的選擇上，激光峰功率為20% 30%，脈沖波形為前陡后緩，脈沖寬度為25 35ms，離焦量為-0. 5 Ommエ藝參數(shù)中,取任意ー個具體數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，増大脈沖持續(xù)時間25 30ms，徹底排除熔池內(nèi)的非溶解氣體，防止熔池金屬冷凝后形成氣孔，在蒸汽壓カ減小的時，延長脈沖后沿，緩慢下降，以使已熔金屬填滿在脈沖起始階段內(nèi)形成的凹坑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，將激光焦點位置調(diào)節(jié)到エ件表面以下0. 5_左右，最大限度發(fā)揮激光熔透效カ并使焊縫成形良好，以消除熔深不均的缺陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，在エ藝參數(shù)上，選擇焊接速度為10 15 mm/s，脈沖頻率為50 60Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特征在于，焊接時采取“分段施焊，整體連接”，盡量減小分段焊縫交接長度，避免材料反復(fù)受熱，產(chǎn)生變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，其特 征在于，在焊接中氬氣保護采用側(cè)吹加直吹復(fù)合方式，先期汽化金屬蒸汽中的非金屬夾雜物，凈化熔化區(qū)獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，并且減少等離子云，増加焊接熔深。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓密封閥體組件脈沖激光焊接的方法，旨在提供一種質(zhì)量穩(wěn)定、效率較高，接頭處焊接后熔深適中、焊縫規(guī)則、接頭光亮、熔化均勻、激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密焊道的加工方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)(a)去除焊處表面氧化物，清洗劑對接頭部位；(b)用夾具將閥座與密封墊片緊密貼合，裝夾在三爪卡盤上，轉(zhuǎn)臺傾斜45°，熔化閥體組件角接處部位；(c)根據(jù)材料特點，設(shè)置單個脈沖能量，脈沖波形采用“前陡后緩”，使激光能量快速上升到峰值，迅速加熱改善吸收性，隨后緩慢下降并維持繼續(xù)加熱，避免強烈飛濺的同時增加熔深，將角接處部位熔化成一體，匹配合理焊接速度、脈沖頻率，使得激光斑點相互重疊形成連續(xù)致密的焊道。
文檔編號B23K26/20GK102653034SQ20111042414
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者傅志勇 申請人:成都泛華航空儀表電器有限公司