降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，该装置的激光束与填充焊丝送丝管夹角为15

【技术实现步骤摘要】
降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置


[0001]本技术涉及一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，属于焊接加工


技术介绍

[0002]与整体冲压、铸造成形相比，焊接加工量小，生产周期短，耗材少，成本低。深海空间工作站及载人深潜器等领域所需钛合金均为大厚度板材，厚度往往超过40mm。从而优质高效的焊接工艺就成为深海潜水器制造的关键技术之一。
[0003]截止目前，窄间隙激光填丝焊接技术在大厚度不锈钢、铝合金及高强钢等领域已有所突破，其利用激光填丝焊接热影响区狭窄的优点，通过激光参数与焊接工艺的优化、焊丝熔入机制调控等手段，已有效的解决了厚板侧壁熔合不良、焊接过程不稳定、密集型微小气孔聚集等缺陷。
[0004]由于钛合金线膨胀系数较高、冷却速度慢等特点，再加上为提高焊接生产效率而设计的窄间隙坡口，导致焊后焊接接头变形较大与应力集中，导致后续装配困难。所以，开发一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的控制装置与方法极为重要，可以大幅降低应力集中并提高后续装备精度。
[0005]随焊随冷技术通过在焊接过程中对焊接接头特定区域进行冷却，对焊接温度场分布进行调整，控制焊接接头塑性应变的发展，从而达到减少焊接变形和焊接应力的目的。相关学者在薄板领域应用较多，但是对于厚板窄间隙激光填丝焊而言，受到多次焊接热循环作用，并且激光能量集中，由于激光能量集中、窄间隙焊接应力释放区狭窄，最终导致应力较大，从而使得焊接变形较大且难以控制。深海潜水器、深海空间工作站、核潜艇及战略装备用钛合金厚板激光填丝焊均涉及窄间隙形式坡口设计，因此，控制焊接接头的应力变形极为关键。

技术实现思路

[0006]本技术为了解决钛合金焊接接头由于线膨胀系数较高、冷却速度慢的特点，以及为了提高焊接效率而设计的窄间隙坡口，导致焊后焊接接头变形较大与应力集中，后续装配困难的技术问题，提出一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，有效减少焊接应力和变形，提高厚板钛合金应用范围，进一步提升我国在有色金属加工、机械制造等领域的国家重大基础工艺的能力。
[0007]本技术提出一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，包括激光束、填充焊丝送丝管、气体保护托罩和两个随焊随冷装置，其中激光束与填充焊丝送丝管夹角为15
°
，所述填充焊丝送丝管与焊接试板的坡口平面夹角为35
°‑
45
°
，两个随焊随冷装置设置在焊接试板坡口的两侧上方，且单侧随焊随冷装置与焊缝中心距离为10mm，所述随焊随冷装置距离焊接试板上表面5
‑
8mm，所述气体保护托罩位于坡口的上方，所述气体保护拖罩通过送气管与氦气罐相连；
[0008]所述随焊随冷装置包括壳体、若干冷却气体进气口、液氮存储罐、若干冷却气体出气孔和液氮填充口，所述壳体内设置有液氮存储罐，所述液氮存储罐的上方设置有若干冷却气体进气口，下方设置有若干冷却气体出气孔，所述液氮存储罐侧面设置有液氮填充口，若干冷却气体进气口与氦气罐相连。
[0009]优选地，所述液氮存储罐是真空绝热结构，内部装有液氮。
[0010]优选地，每个随焊随冷装置上方安装有5个冷却气体进气口，每个冷却气体进气口的进气流量为15L/min。
[0011]优选地，所述冷却气体出气孔的直径为2mm。
[0012]优选地，随焊随冷装置与气体保护托罩通过万向节安装在机器人臂上，并且保持同步行走模式。
[0013]本技术所述的降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置的有益效果为：采用本装置可以使钛合金厚板有效抵制焊接试板变形，尤其是随焊随冷装置的设计，以及将单侧随焊随冷装置与焊缝中心距离小于10mm，当焊缝组织自高温β相区以较快的冷却速度降温时，过冷度较大，具有足够的形核热力学驱动力使得初生α'相在晶界处形核长大为连续晶界，连续晶界可以显著增加变形抗力，从而可以有效抵制焊接试板变形。
附图说明
[0014]构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
[0015]在附图中：
[0016]图1为本技术的试件坡口的示意图；
[0017]图2为本技术的随焊随冷激光填丝焊接过程示意图；
[0018]图3为本技术所述的降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置的结构示意图；
[0019]其中，1
‑
激光束，2
‑
填充焊丝送丝管，3
‑
气体保护托罩，4
‑
随焊随冷装置，5
‑
焊接试板，6
‑
冷却气体进气口，7
‑
液氮存储罐，8
‑
冷却气体出气孔，9
‑
液氮填充口，其中焊接试板上的箭头表示焊接方向。
具体实施方式
[0020]以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明：
[0021]具体实施方式一：参见图1
‑
3说明本实施方式。本实施方式所述的降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，包括激光束1、填充焊丝送丝管2、气体保护托罩3和两个随焊随冷装置4，其中激光束1与填充焊丝送丝管2夹角为15
°
，所述填充焊丝送丝管2与焊接试板5的坡口平面夹角为35
°‑
45
°
，两个随焊随冷装置4设置在焊接试板5坡口的两侧上方，且单侧随焊随冷装置4与焊缝中心距离为10mm，所述气体保护托罩3位于坡口的上方，所述气体保护拖罩3通过送气管与氦气罐相连；
[0022]所述随焊随冷装置4包括壳体、若干冷却气体进气口6、液氮存储罐7、若干冷却气体出气孔8和液氮填充口9，所述壳体内设置有液氮存储罐7，所述液氮存储罐7的上方设置有若干冷却气体进气口6，下方设置有若干冷却气体出气孔8，所述液氮存储罐7侧面设置有
液氮填充口9，若干冷却气体进气口6与氦气罐相连。
[0023]利用所述的降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置处理试板的方法，具体包括以下步骤：
[0024](1)焊前对钛合金进行酸洗以去除表面氧化膜和油污，酸洗后用清水冲洗并吹干；
[0025](2)加工坡口，坡口形式设置为Y形；
[0026](3)对钛合金进行装夹后进行随焊随冷激光填丝焊接，焊接过程采用激光前置、焊丝后置的方式，其中激光束1与填充焊丝送丝管2夹角为15
°
，所述填充焊丝送丝管2与焊接试板坡口平面夹角为35
°‑
45
°
；随焊随冷装置4与气体保护拖罩3通过万向节安装在机器人臂上，并且保持同步行走模式；单侧随焊随冷装置4与焊缝中心距离为10mm，焊接试板5背部同样位置安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低钛合金厚板窄间隙激光填丝焊接头应力和变形的装置，其特征在于，包括激光束(1)、填充焊丝送丝管(2)、气体保护托罩(3)和两个随焊随冷装置(4)，其中激光束(1)与填充焊丝送丝管(2)夹角为15
°
，所述填充焊丝送丝管(2)与焊接试板(5)的坡口平面夹角为35
°‑
45
°
，两个随焊随冷装置(4)设置在焊接试板(5)坡口的两侧上方，且单侧随焊随冷装置(4)与焊缝中心距离为10mm，所述随焊随冷装置(4)距离焊接试板(5)上表面5
‑
8mm，所述气体保护托罩(3)位于坡口的上方，所述气体保护托罩(3)通过送气管与氦气瓶相连；所述随焊随冷装置(4)包括壳体、若干冷却气体进气口(6)、液氮存储罐(7)、若干冷却气体出气孔(8)和液氮填充口(9)，所述壳体内设置有液氮存储罐(7)，所述液氮存储罐(7)的上方设置有若干冷却气体进气口(6)，下方设置有若干冷却气体出气孔(8)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方乃文，黄瑞生，徐锴，尹立孟，杨义成，陈玉华，邹吉鹏，谢吉林，曹浩，王刚，梁晓梅，武昭妤，马一鸣，徐楷晰，方迪生，宋南，武鹏博，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：