【技术实现步骤摘要】
一种随焊超声与激冷复合的激光焊接方法
本专利技术属于焊接领域,涉及一种随焊超声与激冷复合的激光焊接方法。
技术介绍
焊接是一种局部加热和冷却的加热和冷却过程。加热时,焊缝周围金属膨胀,在夹具的约束作用下产生压缩塑性形变。冷却时,这部分金属收缩产生拉伸塑性形变、弹性形变以及拉应力,冷却到室温后仍然存在的应力就是残余应力。当焊接结束松开夹具后,残余应力重新分布,在应力的作用下,工件产生变形。可见,焊接变形的主要原因是焊接残余应力。工件在焊接后会产生残余应力,残余应力的产生会造成焊接变形,且会使焊缝的疲劳性能降低。因此,在焊接结构中减小或消除残余应力非常重要。尽管已经探索了许多用于减少或消除残余应力的方法,但是它们通常在焊接之后单独进行,这对于大型焊接件来说效率较低且难以处理;而新开发的方法虽然在焊接过程中进行,但难以有效地消除残余应力。传统的随焊超声技术虽然可以消除残余应力,但有些焊接方法和材料的高温塑性区很小且距离熔池很近,因此很难将超声施加在高温塑性区上。中国专利CN104726687B公开了一种随焊超声冲击减小或消除焊接变形及残余应力的方法与装置,该专利设计了一种在焊缝背面施加超声冲击以减小变形和残余应力的装置。但超声冲击施加于工件背面,工艺系统复杂。中国专利CN1029669C公开了一种动态控制薄板构件低应力无变形焊接方法及其装置,该专利设计了一种利用随焊激冷抑制焊接纵向挠曲变形的装置。但该方法对于焊接的横向变形反而会起到不利作用。山东大学李栋的学位论文“正面随焊超声冲击对焊接残余 ...
【技术保护点】
1.一种随焊超声与激冷复合的激光焊接方法,其特征在于,以下步骤:/n第一步,夹具(1)放置在工作台上,将工件(8)放置于夹具(1)上,使用铜质夹紧块对工件(8)进行夹紧,夹紧块间距为4~8mm;保护气通过同轴保护装置(7)实现对工件(8)的同轴保护,保护气喷嘴轴线与激光轴线重合;/n当进行填丝焊时,工件(8)上方设置送丝机构(2),送丝机构(2)的送丝头与工件(8)表面呈20~40°,将丝送出1~3mm后,使其前端与焊接位置边缘对齐,之后下压1~1.5mm;/n第二步,设置超声头(5)位置及超声参数/n调整超声头(5)使其处在熔池正后方8-16mm,设置超声头(5)位置,超声头(5)顶端距离工件(8)表面0.1~0.2mm;超声头(5)角度和位置确定后,将超声头(5)与机床悬臂固定,保证二者相对位置;/n第三步,设定激冷参数/n调节冷却水喷嘴(9)位置使其在熔池正后方,与熔池距离d为4~8mm,调节冷却水温度T为-4~2℃;调节冷却水流量Q为30~90ml/min,且Q﹥162×η×P以防止超声的雾化作用影响冷却水施加,η为超声作用于冷却水的效率;冷却水喷嘴(9)与工件(8)竖直方向上 ...
【技术特征摘要】
1.一种随焊超声与激冷复合的激光焊接方法,其特征在于,以下步骤:
第一步,夹具(1)放置在工作台上,将工件(8)放置于夹具(1)上,使用铜质夹紧块对工件(8)进行夹紧,夹紧块间距为4~8mm;保护气通过同轴保护装置(7)实现对工件(8)的同轴保护,保护气喷嘴轴线与激光轴线重合;
当进行填丝焊时,工件(8)上方设置送丝机构(2),送丝机构(2)的送丝头与工件(8)表面呈20~40°,将丝送出1~3mm后,使其前端与焊接位置边缘对齐,之后下压1~1.5mm;
第二步,设置超声头(5)位置及超声参数
调整超声头(5)使其处在熔池正后方8-16mm,设置超声头(5)位置,超声头(5)顶端距离工件(8)表面0.1~0.2mm;超声头(5)角度和位置确定后,将超声头(5)与机床悬臂固定,保证二者相对位置;
第三步,设定激冷参数
调节冷却水喷嘴(9)位置使其在熔池正后方,与熔池距离d为4~8mm,调节冷却水温度T为-4~2℃;调节冷却水流量Q为30~90ml/min,且Q﹥162×η×P以防止超声的雾化作用影响冷却水施加,η为超声作用于冷却水的效率;冷却水喷嘴(9)与工件(8)竖直方向上的距离H(单位:mm)满足:v为下保护气流速(单位mm/s),μ为下保护气动力粘度(单位:N·s/mm2),t为冷却水表面张力系数(单位:N/m),ρ1为冷却水密度(单位:g/mm3),ρ2为下保护气密度(单位:g/mm3),f为超声频率(单位:Hz),g为重力加速度;冷却水温度T(单位:℃)、冷却水流量Q(单位:ml/min)和未加激冷时冷却水喷嘴(9)位置的温度T0(单位:℃)需满足:4000≤(T0-T)×Q≤7000,调整完毕后将冷却水喷嘴(9)与机床悬臂的相对位置进行固定,保证其在焊接过程中相对热源(6)与保护气位置不变;
第四步,设定热源(6)的参数,激光单脉冲能量2J≤E≤(2300-1000P)/400,以保证能够实现有效焊接且不会产生热裂纹,其中E单位为J,P单位为kW;脉宽设定为2-8ms;
第五步,设置完成后,依次开启冷却水喷嘴(9)、超声电源与同轴保护气阀门,保护气为纯度99.9%的氩气,上保护气流量为15l/min,下保护气流量为3~15l/min,;等待5~10s后开启热源(6)进行焊接;
...
【专利技术属性】
技术研发人员:马广义,刘俊,吴东江,刘德华,牛方勇,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁;21
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