一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具，其主要包括：上橫蓋板（1），上豎蓋板（2），墊板（3），彈簧（6），固定裝置，連接件，墊圈（7），其特征在于：上橫蓋板（1）有兩塊，上豎蓋板（2）有兩塊，上豎蓋板（2）通過(guò)固定裝置固定在上衡蓋板（1）上，組成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，中間留有焊接工作槽，墊圈（7）通過(guò)彈簧（6）固定在上橫蓋板（1）上。為了提升該焊接方法的效率以及質(zhì)量，焊接時(shí)使用專(zhuān)用夾具采用上部采用4塊壓板，下部采用1塊墊板的組合式夾具，該夾具可以使得工件定位并且固定，保證焊接的質(zhì)量，而且不會(huì)磨損工件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)及國(guó)防裝備的日趨大型化和厚板、超厚板焊接金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日趨廣泛，大厚板窄間隙焊接已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，如何能夠以最低成本、最高效率的工藝方法使焊接深度逐漸增大，并且同時(shí)獲得性能可靠穩(wěn)定的焊接接頭是厚板焊接研究的方向。多年來(lái)，人們做了大量的研究。2010年出版的第三期《現(xiàn)代焊接》第51-52頁(yè)介紹了一種材質(zhì)為00Crl9Nil0板厚為56mm厚的不銹鋼焊接方法，采用先手工氬弧焊打底，埋弧焊多層多道焊接的方式，焊接電流400-480A，焊接電壓28-32V，焊絲直徑3.2mm。這種方法的缺點(diǎn)在于，開(kāi)坡口困難，且大坡口的填充金屬量大，成本高，焊接速度緩慢，熱輸入量大，焊后板材應(yīng)力變形大，生產(chǎn)效率低下。類(lèi)似的多層多道焊接方法都有這種缺點(diǎn)，2003年出版的第6期《鋼結(jié)構(gòu)》第31-32頁(yè)介紹了一種120mm厚Q345-A高強(qiáng)鋼的焊接方法，采用履帶式加熱器進(jìn)行預(yù)熱75分鐘預(yù)熱至150攝氏度，先二氧化碳焊接打底，在埋弧自動(dòng)焊接多層多道焊接，焊接共計(jì)69道焊縫，最終焊接完成。其間，在每道焊縫之間都需要將熔渣清理干凈，十分繁瑣復(fù)雜。2009年5月出版的第五期《中國(guó)激光》卷6第1251-1255頁(yè)介紹了一種厚板高強(qiáng)鋼激光填絲焊接工藝，采用6KW的二氧化碳激光，焊接16mm厚llCrNi3MnMoV材料，采用雙光束，多層多道焊接。缺點(diǎn)在于，采用二氧化碳激光，金屬的吸收率低，多數(shù)能量被反射或者轉(zhuǎn)化為熱量，能量利用率低，成本高，且還是采用多道焊接，效率低下。另有文獻(xiàn)介紹了一種厚板大功率激光填絲焊接，采用15KW的二氧化碳激光器，單面焊雙面成形焊接I Imm厚國(guó)產(chǎn)船用鋼板，缺點(diǎn)在于二氧化碳激光能量利用率低，雖然采用了超大功率激光器，但焊接深度并不令人十分滿(mǎn)意，并且15KW 二氧化碳激光器成本十分昂貴。目前，完全采用激光電弧復(fù)合焊接焊接厚度40mm以上高強(qiáng)鋼板還未能有相關(guān)方法。為了能加快焊接速度，提升焊接質(zhì)量，需要制作一個(gè)專(zhuān)用的夾具來(lái)進(jìn)行裝夾工件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接方法及其夾具，采用6KW光纖激光器，雙面焊雙面成形方法焊接45mm厚高強(qiáng)鋼，開(kāi)雙面小坡口，預(yù)留1-1.5mm間隙，正反面施焊共4道，相比傳統(tǒng)的多層多道焊接需要焊接至少20道進(jìn)步明顯，即可焊透45_厚高強(qiáng)鋼鋼板。另外，采用激光直接預(yù)熱的方式，無(wú)需其他預(yù)熱裝置，也不需要安裝或拆除預(yù)熱的相關(guān)配件，簡(jiǎn)化了預(yù)熱工藝，又縮短了預(yù)熱時(shí)間。焊縫接頭性能完全達(dá)到客戶(hù)要求指標(biāo)?？傊景l(fā)明以顯著提高生產(chǎn)效率，節(jié)省母材和焊絲的消耗，節(jié)約能源消耗，提高焊接接頭機(jī)械性能，降低殘余應(yīng)力和變形，以及易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)焊接穩(wěn)定，避免焊接出現(xiàn)咬邊、駝峰、氣孔、未熔合等焊縫缺陷，上述焊接方法需要一種專(zhuān)用夾具。本發(fā)明專(zhuān)用夾具主要包括:上橫蓋板，上豎蓋板，墊板，彈簧，固定裝置，連接件，墊圈，其特征在于:上橫蓋板有兩塊，上豎蓋板有兩塊，上豎蓋板通過(guò)固定裝置固定在上衡蓋板上，組成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，中間留有焊接工作槽，墊圈通過(guò)彈簧固定在上橫蓋板上。通過(guò)打開(kāi)上蓋板，將工件放在墊板上，然后蓋上橫蓋板，保證彈簧和墊圈固定在工件上，從而達(dá)到固定工件的作用。上豎蓋板可有效抑制由于熔池金屬凝固時(shí)導(dǎo)致的焊縫間隙收縮變形。上橫蓋板可有效抑制焊接過(guò)程中厚板的彎曲變形。而上橫蓋板和上豎蓋板組成蓋板組后，達(dá)到1+1大于2的效果，上橫蓋板也可以為焊縫收縮提供一定的夾持力，上豎蓋板也可以提供抑制彎曲變形的作用力。因此，在大厚板窄間隙焊接過(guò)程中，裝卡時(shí)采用蓋板組，可有效防止焊縫間隙收縮變形和厚板彎曲變形。彎曲變形控制在小于Imm范圍內(nèi)，焊縫收縮變形控制在小于0.1mm范圍內(nèi)。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案所實(shí)現(xiàn)的:通過(guò)對(duì)焊接的厚板高強(qiáng)鋼進(jìn)行開(kāi)坡口處理，工件準(zhǔn)備，預(yù)熱處理，并且運(yùn)用激光和電弧復(fù)合焊接處理進(jìn)行焊接處理實(shí)現(xiàn)厚板高強(qiáng)鋼的焊接；所述的坡口形式:選擇45mm板，單邊先開(kāi)10毫米、15-25度坡口，上面再開(kāi)一個(gè)3毫米、45度坡口，鈍邊19mm。材質(zhì)為國(guó)產(chǎn)45mm厚ZG30SiMn，與進(jìn)口 45mm厚耐磨板AR400，異種材質(zhì)的直縫對(duì)接焊；所述的工件準(zhǔn)備是對(duì)施焊部位進(jìn)行打磨，去除待焊部位的氧化層，油潰，污跡等，并對(duì)施焊工件進(jìn)行裝卡，校準(zhǔn)間隙為0.8-1.5mm,裝卡完畢后，進(jìn)行必要位置的點(diǎn)固，以控制焊接變形對(duì)裝卡間隙的影響；所述的預(yù)熱處理是采用機(jī)器人自動(dòng)激光預(yù)熱的方式，利用機(jī)器手臂帶動(dòng)激光焊接頭直接預(yù)熱，無(wú)需其他預(yù)熱裝置，預(yù)熱后直接進(jìn)行焊接，預(yù)熱采用間歇多次的加熱方式，預(yù)熱溫度在150-260攝氏度，通常掃描加熱部位根據(jù)預(yù)熱溫度調(diào)整掃描次數(shù)為1-3次，每次5-8分鐘，使表層加熱溫度充分?jǐn)U散到底層和周?chē)?，每次間歇2-3分鐘。加熱區(qū)域是焊接坡口兩側(cè)，寬度應(yīng)各為焊件施焊處厚度的1.5倍以上，且^ 100mm;測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在離激光電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)各方向> 75mm處；所述的焊接處理采用雙面焊雙面成形，為保證正反面熱輸入均勻，避免焊接變形，在施焊順序上，打底第一層后，翻面進(jìn)行反面打底和反面蓋面，反面蓋面完成后，回到正面進(jìn)行蓋面焊，根據(jù)具體打底層的焊接情況，對(duì)蓋面焊接電流電壓進(jìn)行微調(diào)，以控制焊縫成形。其中，打底焊激光功率6000W，IPG光纖激光器，焊接電流280A-320A，焊接電壓23.5-24.5V，入焦2mm，激光焦點(diǎn)與電弧之間保持2-4mm間距，蓋面焊激光`功率1000-2000W，焊接電流260-280A，焊接電壓23-24V，離焦量0mm，激光焦點(diǎn)與電弧之間保持2-4mm間距；所述的預(yù)熱處理，焊接操作均采用機(jī)器人來(lái)完成，需要先編好預(yù)熱和打底和蓋面所用的機(jī)器人程序，并進(jìn)行示教，采用這種設(shè)計(jì)以后，可焊接直線焊縫，環(huán)形焊縫，曲線焊縫，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)接，T接、角接等多種接頭形式的焊接，而且保證了焊接的精度和生產(chǎn)效率；所述的焊接處理中需要注意層間保溫，采用這種設(shè)計(jì)以后，能夠保證焊接件的質(zhì)量和焊接效果；所述的焊接處理中加收弧板，采用這種設(shè)計(jì)以后，使得焊縫收弧成型良好，避免產(chǎn)生裂紋。
[0006]一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具，其中包括:其主要包括:上橫蓋板，上豎蓋板，墊板，彈簧，固定裝置，連接件，墊圈，其特征在于:上橫蓋板有兩塊，上豎蓋板有兩塊，上豎蓋板通過(guò)固定裝置固定在上衡蓋板上，組成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，中間留有焊接工作槽，墊圈通過(guò)彈簧固定在上橫蓋板上。該夾具可以快速定位工件，并且能夠?qū)ぜM(jìn)行夾緊操作，在使用過(guò)程中，工件不會(huì)偏移，保證焊接質(zhì)量。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述固定裝置為螺釘，采用這種設(shè)計(jì)以后，可以保證上橫蓋板和上豎蓋板緊密結(jié)合在一起。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述連接件為螺栓固定裝置結(jié)構(gòu)，螺栓固定裝置結(jié)構(gòu)分別連接上橫蓋板和墊板，采用這種設(shè)計(jì)以后，可以使得上蓋板和墊板不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位，導(dǎo)致夾緊失效，影響焊接質(zhì)量，也能夠提高工人的夾緊效率，提高生產(chǎn)效率。
[0009]本發(fā)明中，激光電弧復(fù)合焊接優(yōu)勢(shì):(I)高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。單獨(dú)使用激光時(shí)，由于激光光致等離子體的屏蔽作用，激光能量的利用率低。激光與電弧的復(fù)合，可以有效的利用激光和電弧能量。(2)焊接工藝穩(wěn)定。高速焊接或者在厚板坡口內(nèi)焊接，電弧弧根陽(yáng)極或陰極斑點(diǎn)的劇烈跳躍會(huì)造成工藝極不穩(wěn)定并伴隨咬邊、駝峰、氣孔、未熔合等焊縫缺陷。激光加入后，其作用點(diǎn)能夠?yàn)殡娀√峁┓€(wěn)定的陽(yáng)極或陰極斑點(diǎn)，有效抑制電弧弧根跳躍。激光等離子體還能夠通過(guò)激光、電弧相互作用提高了電弧的電離程度，穩(wěn)定和壓縮電弧，提高工藝穩(wěn)定性。(3)增加熔深。與同功率下的單激光焊接相比，復(fù)合熱源焊接熔深大，可增加一倍多。特別是在窄間隙大厚板焊接時(shí)，采用激光一 MIG復(fù)合熱源焊接時(shí)，在激光作用下，電弧可潛入到焊縫深處，減少填充金屬的熔敷量，實(shí)現(xiàn)大厚板深熔焊接。(4)減少焊接缺陷。與激光焊接相比，激光一電弧復(fù)合熱源焊接能夠增加熔池金屬的凝固時(shí)間，有利于減少氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的產(chǎn)生。(5)調(diào)整焊縫成分，改善焊縫組織和性能。電弧焊絲材料的添加能夠改變焊縫的合金成分，改善焊縫成分和微觀組織。(6)改善焊縫成形。激光一電弧復(fù)合熱源作用于工件時(shí)，材料的熔化量增大，可以改善熔化金屬與固態(tài)母材的潤(rùn)濕性、消除焊縫咬邊現(xiàn)象。(7)提高焊接適應(yīng)性。電弧的加入使得工件表面的熔合寬度增大，減低了單激光對(duì)間隙、錯(cuò)邊及對(duì)中的敏感性，提高了生產(chǎn)效率。(8)減少焊接變形。與普通電弧焊相比，激光一電弧復(fù)合熱源焊接的速度快、熱輸入量小，因而熱影響區(qū)小，焊縫的變形及殘余應(yīng)力小。特別是在大厚板的焊接時(shí)，由于焊道數(shù)的減小，相應(yīng)的減少了焊后矯形的工作量，提高了生產(chǎn)效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是發(fā)明的示意圖，
[0011]圖2是發(fā)明鋼板坡口放大圖，
[0012]圖3是發(fā)明的專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)示意圖，
[0013]圖4是發(fā)明的專(zhuān)用夾具主視圖，
[0014]附圖標(biāo)記列表:1一上橫蓋板，2—上豎蓋板，3—墊板,4一螺栓固定裝置，5—螺釘，6—彈簧，7—墊圈。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0016]實(shí)施例1:
[0017]國(guó)產(chǎn)45mm厚ZG30SiMn，與進(jìn)口 45mm厚耐磨板AR400，異種材質(zhì)的直縫對(duì)接焊。
[0018]工件坡口形式:選擇45mm板，單邊先開(kāi)10毫米、15度坡口，上面再開(kāi)一個(gè)3毫米、45度坡口，鈍邊19_。
[0019]焊前準(zhǔn)備:焊前對(duì)施焊部位進(jìn)行打磨，去除待焊部位的氧化層，油潰，污跡等，并對(duì)施焊工件進(jìn)行裝卡，校準(zhǔn)間隙1.2_，裝卡完畢后，進(jìn)行必要位置的點(diǎn)固，以控制焊接變形對(duì)裝卡間隙的影響。
[0020]焊前預(yù)熱:采用激光預(yù)熱的方式，無(wú)需其他預(yù)熱裝置，預(yù)熱后直接進(jìn)行焊接，預(yù)熱采用間歇多次的加熱方式，預(yù)熱溫度在200攝氏度左右，通常掃描加熱部位2次，每次5-8分鐘，每次間歇2-3分鐘。加熱區(qū)域是焊接坡口兩側(cè)，寬度應(yīng)各為焊件施焊處厚度的1.5倍以上，且≥100mm;測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在離激光電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)各方向≥75mm處。
[0021]焊接:由于采用雙面焊雙面成形，為保證正反面熱輸入均勻，避免焊接變形，在施焊順序上，打底第一層后，翻面進(jìn)行反面打底和反面蓋面，反面蓋面完成后，回到正面進(jìn)行蓋面焊。其中，打底焊激光功率6000W，焊接電流270A-290A，焊接電壓23.5-24.5V,入焦2mm，激光焦點(diǎn)與電弧之間保持2-4mm間距，蓋面焊激光功率1000-2000W，焊接電流260-280A，焊接電壓23-24V，離焦量0mm，激光焦點(diǎn)與電弧之間保持2_4mm間距。
[0022]焊接接頭物理性能實(shí)驗(yàn)參數(shù)
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具，其主要包括:上橫蓋板(1)，上豎蓋板(2)，墊板(3)，彈簧(6)，固定裝置，連接件，墊圈(7)，其特征在于:上橫蓋板(I)有兩塊，上豎蓋板(2)有兩塊，上豎蓋板(2)通過(guò)固定裝置固定在上衡蓋板(I)上，組成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，中間留有焊接工作槽，墊圈(7)通過(guò)彈簧(6)固定在上橫蓋板(I)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具，其特征在于:所述固定裝置為螺釘(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚板高強(qiáng)鋼激光電弧復(fù)合焊接夾具，其特征在于:所述連接件為螺栓固定裝置(4)結(jié)構(gòu)，螺栓固定裝置(4)結(jié)構(gòu)分別連接上橫蓋板(I)和墊板(3)。
【文檔編號(hào)】B23K26/70GK203418235SQ201320497254
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】傅新皓, 徐國(guó)建, 邢飛, 劉祥宇 申請(qǐng)人:南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司