一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。本发明专利技术有利于焊缝成形和焊接过程稳定，保证了焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法


[0001]本专利技术属于管束式喷管延伸段的激光焊接
，尤其涉及一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法。

技术介绍

[0002]航天发动机的喷管延伸段是推力室的重要组件，由数百根空间螺旋曲线方管焊接而成，整体外形为两头不等直径的钟罩形轮廓，称为管束焊接组件，材料为镍基高温合金，管子内型面母线上各点满足十一阶高次方程：Y＝A0+A1X+A2X2+A3X3+
……
A
11
X
11
。每条焊缝的轨迹为空间螺旋曲线，长度超过4m，焊缝总长度达到一千多米。
[0003]管束焊接组件在高压、高温、低温、振动、热冲刷等苛刻条件下工作，对焊缝熔深(0.4～0.8mm)、熔宽(≤2.6mm)要求严格，需保持千米级焊缝的熔深、熔宽一致性良好，要求焊接质量稳定可靠。管壁很薄，只有0.40mm，不允许未焊透、烧穿、超标气孔等缺陷。
[0004]以往焊接生产主要采用两种工艺方法，一种是纯手工的钨极惰性气体保护焊，另一种是采用机器人系统的自动氩弧焊接。喷管手工焊完全依赖操作人员的技能，焊接质量的稳定性和一致性得不到保证。自动氩弧焊接的焊接速度只有3～4mm/s，影响焊接生产效率。并且由于氩弧焊的加热速度及熔池冷却速度较慢，热源的作用时间较长，功率密度不集中，热影响区范围较大，导致薄壁喷管的焊接热变形较大，增加了焊接生产过程中因收缩变形造成的接头状态调整时间，并且不利于保证喷管焊接后的型面精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，有利于焊缝成形和焊接过程稳定，保证了焊接质量的螺旋管束式喷管激光焊接工艺。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。
[0007]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤一中，薄壁管束激光焊接的离焦量参数为+10～+12mm。
[0008]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤二中，对于喷管大端、喷管过渡段和喷管小端三段，每段焊接方向从大端往小端焊接。
[0009]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，在步骤三中，完成当前焊缝双工位激光焊接后，双工位机器人带动激光焊接头抬起，离开喷管表面200mm，模胎旋转指定的分度角度。
[0010]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，分度角度为：
[0011]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，对于每段的整圈焊缝采用隔道焊接方法；其中，隔道焊接方法为：若整圈焊缝包括第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝、第五焊缝、第六焊缝，则焊接第一焊缝后，跳过第二焊缝不焊接，焊接第三焊缝，再跳过第四焊缝不焊接，焊接第五焊缝，跳过第六焊缝不焊接，再依次焊接第二焊缝、第四焊缝、第六焊缝。
[0012]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，喷管管束的截面积由小至大递增，整体分为连续的喷管小端、喷管过渡段和喷管大端三部分；喷管小端的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度为2.2mm；喷管大端的长度为3500～4500mm、宽度为4mm、高度为5mm；喷管过渡段的长度为250～300mm、宽度为4mm、高度值由喷管小端的高度值均匀递增至喷管大端的高度值。
[0013]上述螺旋管束式喷管的激光焊接方法中，若喷管管束厚度为0.3mm，则焊接喷管大端时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为11～13mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为540～560W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为9～10mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为500～520W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；若喷管管束厚度为0.4mm，则焊接喷管大端时，激光功率为640～660W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为10～12mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管过渡段时，激光功率为580～600W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为8～9mm/s，侧吹保护气为15L/min；则焊接喷管小端时，激光功率为550～570W，离焦量为+10～+12mm，焊接速度为7～8mm/s，侧吹保护气为15L/min。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0015](1)本专利技术采用适宜于薄壁管束式喷管的激光焊接参数，兼顾了快速激光焊接效率和成形均匀的激光焊缝质量。焊接熔深满足＞0.4mm的要求，熔宽一致性良好，约2mm，符合设计指标要求。
[0016](2)本专利技术利用激光焊接热输入量集中、变形小的特点，结合隔道交错分段焊接工艺，设定合理的分段焊接长度，经过近一圈焊接后，剩余的最后几根管子间隙在0.08mm以内，满足激光焊接对间隙的要求。
[0017](3)本专利技术针对质量要求高、控制难度大的喷管小端焊接，采用激光点焊定位工艺，实现了管束式喷管的激光焊接应用。激光焊接的管束式喷管通过了煤油试验、通道检查、X射线检查、打压测试等。
附图说明
[0018]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0019]图1是本专利技术实施例提供的激光焊接表面聚焦值的确定的示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的薄壁管束激光焊接时焦点状态的确定的示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的喷管激光焊接方向的示意图；
[0022]图4(a)是本专利技术实施例提供的A
‑
A喷管大端截面焊接示意图；
[0023]图4(b)是本专利技术实施例提供的B
‑
B喷管小端截面焊接示意图；
[0024]图5是本专利技术实施例提供的激光焊接的分段焊缝长度的示意图；
[0025]图6是本专利技术实施例提供的隔道焊的示意图；
[0026]图7是本专利技术实施例提供的隔道齐平焊的示意图；
[0027]图8是本专利技术实施例提供的隔道交错焊的示意图；
[0028]图9是本专利技术实施例提供的端激光焊接工艺的示意图；
[0029]图10是本专利技术实施例提供的喷管管束的立体图；
[0030]图11是本专利技术实施例提供的喷管管束的分段示意图。
具体实施方式
[0031]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：确定薄壁管束激光焊接的离焦量；步骤二：喷管垂直装夹在旋转变位机上，喷管为立式焊接，按照步骤一的离焦量，设置激光焊接头与喷管表面的高度；步骤三：双工位机器人执行预设的轨迹程序，带动激光焊接头运动，对焊缝进行焊接，直至完成对喷管大端、喷管过渡段和喷管小端的焊接。2.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤一中，薄壁管束激光焊接的离焦量参数为+10～+12mm。3.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤二中，对于喷管大端、喷管过渡段和喷管小端三段，每段焊接方向从大端往小端焊接。4.根据权利要求1所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：在步骤三中，完成当前焊缝双工位激光焊接后，双工位机器人带动激光焊接头抬起，离开喷管表面200mm，模胎旋转指定的分度角度。5.根据权利要求4所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：分度角度为：6.根据权利要求3所述的螺旋管束式喷管的激光焊接方法，其特征在于：对于每段的整圈焊缝采用隔道焊接方法；其中，隔道焊接方法为：若整圈焊缝包括第一焊缝、第二焊缝、第三焊缝、第四焊缝、第五焊缝、第六焊缝，则焊接第一焊缝后，跳过第二焊缝不焊接，焊接第三焊缝，再跳过第四焊缝不焊接，焊接第五焊缝，跳过第六焊缝不焊接，再依次焊接第二焊缝、第四焊缝、第六焊缝。7.根据权利要求6所述的螺旋管束式喷管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金存，张恒，孙国辉，王福德，谢美蓉，徐坤和，郭盛斌，冀晓来，张丽娜，唐林峰，陈明，吴楠，房冬青，石天雨，崔保伟，田越，
申请(专利权)人：首都航天机械有限公司，
类型：发明
国别省市：