一种三角薄壁不锈钢管焊接方法与流程

1.本发明涉及钢管焊接技术领域，具体为一种三角薄壁不锈钢管焊接方法。

背景技术：

2.三角形结构因其刚度大、受力合理、性价比高，在航空航天、核电、汽车、造船等众多机械制造行业得到广泛应用。三角薄壁不锈钢管壁厚0.5mm，由头部与杆部组成(图1)，杆部台阶(外圈)加工至与头部台阶(内圈)型面相同，用于装配及定位后搭接焊接成形。与传统焊接工艺相比，激光焊接具有自动化程度高、焊接速度快、热输入低、变形小等优点，与三角薄壁不锈钢管的质量要求契合度高。
3.现有激光焊接技术一般是将此类零件固定在旋转工装上、在激光头保持不动情况下零件旋转一圈完成焊接。在恒定激光功率下焊接，需保持离焦量(激光头到零件的距离)不变、激光头垂直于焊接位置，且三角薄壁不锈钢管各段(平行段与圆弧段)焊接速度要一致，才能保证连续焊缝的均匀性、精度和质量。因此现有三角薄壁不锈钢管在焊接过程中离焦量、工作与激光头角度多变，且各段线速度不一致，容易出现未熔合、焊穿、咬边等缺陷，导致成型差、强度低。

技术实现要素：

4.为了解决上述现有三角薄壁不锈钢管在焊接过程中离焦量、工作与激光头角度多变，且各段线速度不一致，容易出现未熔合、焊穿、咬边等缺陷，导致成型差、强度低的技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
5.本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，包括以下步骤：
6.步骤1、制作特定的焊接定位工装对三角薄壁不锈钢管进行定位；
7.步骤2、进行焊前准备，用打磨工具清理需要焊接位置，去除表面氧化层及磨损处的划痕，使之呈现金属光泽；
8.步骤3、通过酒精擦拭零件表面干净为止，将待焊件用焊接定位工装固定于变位机上；
9.步骤4、设定激光焊接机的焊接轨迹，以及相应的焊接工艺参数；
10.步骤5、按照设定的焊接轨迹以及相应的焊接工艺参数进行焊接；
11.步骤6、焊后清理，对焊接后的位置进行打磨，使之呈现金属光泽；
12.步骤7、逐件对每根三角形异形薄壁不锈钢管焊接进行荧光检查，表面应无裂纹、气孔等缺陷。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述的焊接工艺参数的设定方法是，以激光功率350w
±
20w从开始位置焊接2mm进行预热；从开始位置处以激光功率380w
±
20w再焊接2mm，；然后以激光功率430w
±
20w在当前位置焊接1圈，以激光功率430w
±
20w；最后每焊接1mm功率减少100w，共焊接3mm，直至焊接轨迹延伸到零件外。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述的焊接定位工装包括旋转装夹凸台，旋转
装夹凸台的端部设有防碰撞定位杆、所述防碰撞定位杆的端部设有穿杆，所述穿杆的内端设有杆部三角定位台，所述穿杆的外端部套设有头部三角定位台，所述穿杆的外侧设有螺纹拧入的锁紧螺母，所述杆部三角定位台和头部三角定位台之间形成对三角薄壁不锈钢管以及待焊零件进行定位的定位口。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述的杆部三角定位台与三角薄壁不锈钢管的杆部内侧型面相同，头部三角定位台与三角薄壁不锈钢管头部内侧型面相同。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述的焊接轨迹的设定方法是，采集焊缝焊接插补点p1、p2、p3、p4、p5、p5a、p6、p7、p8a、p8、p9、p10、p11、p12、p13、p14、p15、p16，各点为六轴机器人笛卡尔坐标点{x,y,z,a,b,c,s,t,e1,e2,e3,e4,e5,e6}
17.其中p1p2、p2p3、
…
、p15p16各段运行满足以下公式：
18.xp10.y＝xp1.y，xp9.y＝xp1.y，xp8.y＝xp1.y，xp7.y＝xp1.y，xp6.y＝xp1.y，xp5.y＝xp1.y，xp4.y＝xp1.y，xp2.y＝xp1.y，xp3.y＝xp1.y，xp8a.y＝xp1.y，xp11.y＝xp1.y，xp12.y＝xp1.y，xp13.y＝xp1.y，xp14.y＝xp1.y，xp15.y＝xp1.y，xp5a.y＝xp1.y，xp16.y＝xp1.y；
19.xp1.y＝xp1.y+b*c；
20.xp2.y＝xp2.y+b*c；
21.xp3.y＝xp3.y+b*c；
22.xp4.y＝xp4.y+b*c；
23.xp5.y＝xp5.y+b*c；
24.xp5a.y＝xp5a.y+b*c；
25.xp6.y＝xp6.y+b*c；
26.xp7.y＝xp7.y+b*c；
27.xp8.y＝xp8.y+b*c；
28.xp8a.y＝xp8a.y+b*c；
29.xp9.y＝xp9.y+b*c；
30.xp10.y＝xp10.y+b*c；
31.xp11.y＝xp11.y+b*c；
32.xp12.y＝xp12.y+b*c；
33.xp13.y＝xp13.y+b*c；
34.xp14.y＝xp14.y+b*c；
35.xp15.y＝xp15.y+b*c。
36.作为本发明的一种优选技术方案，所述的激光焊接机的的激光头运行速度20mm/s
±
3mm/s。
37.作为本发明的一种优选技术方案，所述激光焊接机的焊接速度15mm/s
±
2mm/s，保护气18l/min
±
3l/min，光斑2.5mm，离焦量16mm。
38.本发明的有益效果是：
39.该种三角薄壁不锈钢管焊接方法在不同焊接段使用不同的功率，有效避免了未熔合、焊穿、咬边等缺陷的存在；并且通过设置焊接定位工装来对三角薄壁不锈钢管进行焊接定位，具有结构简单的特点，其中焊接前将旋转装夹凸台固定于三爪卡盘上，防碰撞定位杆
一方面可定位零件装夹位置，另一方面长度较长，防止激光焊接时卡盘对激光头空间运行产生阻碍。杆部三角定位台与三角薄壁不锈钢管杆部内侧型面相同，头部三角定位台与三角薄壁不锈钢管头部内侧型面相同，以便零件定位装夹，后用锁紧螺母锁紧。
附图说明
40.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
41.图1是本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法的焊接定位工装的结构示意图；
42.图2是本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法的头部三角定位台的结构示意图；
43.图3是本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法的三角薄壁不锈钢管与待焊件的焊接示意图；
44.图4是本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法的焊接轨迹示意图；
45.图5是本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法的焊缝效果图。
46.图中：1、旋转装夹凸台；2、防碰撞定位杆；3、穿杆；4、杆部三角定位台；5、头部三角定位台；6、锁紧螺母；7、三角薄壁不锈钢管；8、待焊件；9、焊缝。
具体实施方式
47.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
48.实施例：如图1-5所示，本发明一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，包括以下步骤：
49.步骤1、制作特定的焊接定位工装对三角薄壁不锈钢管进行定位；
50.步骤2、进行焊前准备，用打磨工具清理需要焊接位置，去除表面氧化层及磨损处的划痕，使之呈现金属光泽；
51.步骤3、通过酒精擦拭零件表面干净为止，将待焊件用焊接定位工装固定于变位机上；
52.步骤4、设定激光焊接机的焊接轨迹，以及相应的焊接工艺参数；
53.步骤5、按照设定的焊接轨迹以及相应的焊接工艺参数进行焊接；
54.步骤6、焊后清理，对焊接后的位置进行打磨，使之呈现金属光泽；
55.步骤7、逐件对每根三角形异形薄壁不锈钢管焊接进行荧光检查，表面应无裂纹、气孔等缺陷。
56.所述的焊接工艺参数的设定方法是，以激光功率350w
±
20w从开始位置焊接2mm进行预热；从开始位置处以激光功率380w
±
20w再焊接2mm，；然后以激光功率430w
±
20w在当前位置焊接1圈，以激光功率430w
±
20w；最后每焊接1mm功率减少100w，共焊接3mm，直至焊接轨迹延伸到零件外。为了避免未熔合、焊穿、咬边等缺陷的存在，激光功率需在不同焊接段使用不同的功率，从而避免出现未熔合、焊穿、咬边等缺陷。
57.所述的焊接定位工装包括旋转装夹凸台1，旋转装夹凸台1的端部设有防碰撞定位杆2、所述防碰撞定位杆1的端部设有穿杆3，所述穿杆3的内端设有杆部三角定位台4，所述穿杆3的外端部套设有头部三角定位台5，所述穿杆3的外侧设有螺纹拧入的锁紧螺母6，所述杆部三角定位台4和头部三角定位台5之间形成对三角薄壁不锈钢管以及待焊零件进行
定位的定位口。
58.其中如图5所示，三角薄壁不锈钢管7与待焊件8进行对接，来对焊缝9进行焊接的对接示意图；
59.所述的杆部三角定位台4与三角薄壁不锈钢管的杆部内侧型面相同，头部三角定位台5与三角薄壁不锈钢管头部内侧型面相同。焊接前将旋转装夹凸台固定于三爪卡盘上，防碰撞定位杆一方面可定位零件装夹位置，另一方面长度较长，防止激光焊接时卡盘对激光头空间运行产生阻碍。杆部三角定位台与三角薄壁不锈钢管杆部内侧型面相同，头部三角定位台与三角薄壁不锈钢管头部内侧型面相同，以便零件定位装夹，后用锁紧螺母锁紧。
60.所述的焊接轨迹的设定方法是，采集焊缝焊接插补点p1、p2、p3、p4、p5、p5a、p6、p7、p8a、p8、p9、p10、p11、p12、p13、p14、p15、p16，各点为六轴机器人笛卡尔坐标点{x,y,z,a,b,c,s,t,e1,e2,e3,e4,e5,e6}
61.其中p1p2、p2p3、
…
、p15p16各段运行满足以下公式：
62.xp10.y＝xp1.y，xp9.y＝xp1.y，xp8.y＝xp1.y，xp7.y＝xp1.y，xp6.y＝xp1.y，xp5.y＝xp1.y，xp4.y＝xp1.y，xp2.y＝xp1.y，xp3.y＝xp1.y，xp8a.y＝xp1.y，xp11.y＝xp1.y，xp12.y＝xp1.y，xp13.y＝xp1.y，xp14.y＝xp1.y，xp15.y＝xp1.y，xp5a.y＝xp1.y，xp16.y＝xp1.y；
63.xp1.y＝xp1.y+b*c；
64.xp2.y＝xp2.y+b*c；
65.xp3.y＝xp3.y+b*c；
66.xp4.y＝xp4.y+b*c；
67.xp5.y＝xp5.y+b*c；
68.xp5a.y＝xp5a.y+b*c；
69.xp6.y＝xp6.y+b*c；
70.xp7.y＝xp7.y+b*c；
71.xp8.y＝xp8.y+b*c；
72.xp8a.y＝xp8a.y+b*c；
73.xp9.y＝xp9.y+b*c；
74.xp10.y＝xp10.y+b*c；
75.xp11.y＝xp11.y+b*c；
76.xp12.y＝xp12.y+b*c；
77.xp13.y＝xp13.y+b*c；
78.xp14.y＝xp14.y+b*c；
79.xp15.y＝xp15.y+b*c。
80.具体实施中，
81.由以上公式所得的焊缝插补点：
82.xp1＝{x 145.670242,y 1511.52600,z 519.983276,a 172.057190,b
ꢀ‑
1.19807792,c
ꢀ‑
2.14670682,s 22,t 27,e1 89.9721451,e2 3620769.00,e3 4126382.00,e4 0.0,e5 0.0,e6 0.0}；
83.xp2＝{x 152.975479,y 1511.52600,z 519.987915,a 172.057236,b
ꢀ‑
20.0462208,c
ꢀ‑
6.67124510,s 22,t 27,e1 89.9802094,e2 3597401.75,e3 4126382.00,e4 0.0,e5 0.0,e6 0.0}；
97.xp14＝{x 154.179092,y 1511.52600,z 518.144226,a 168.493820,b
ꢀ‑
0.543383598,c
ꢀ‑
2.30742526,s 22,t 27,e1 89.9802094,e2 3611454.50,e3 4126382.00,e4 0.0,e5 0.0,e6 0.0}；
98.xp15＝{x 185.323,y 1511.52600,z 518.150513,a 168.493439,b
ꢀ‑
0.543298185,c
ꢀ‑
2.30754542,s 22,t 27,e1 89.9802094,e2 3611454.50,e3 4126382.00,e4 0.0,e5 0.0,e6 0.0}；
99.xp16＝{x 188.954758,y 1511.52600,z 518.151550,a 168.493408,b
ꢀ‑
0.543298662,c
ꢀ‑
2.30761504,s 22,t 27,e1 89.9802094,e2 3611454.50,e3 4126382.00,e4 0.0,e5 0.0,e6 0.0}；
100.所述的激光焊接机的的激光头运行速度20mm/s
±
3mm/s。
101.所述激光焊接机的焊接速度15mm/s
±
2mm/s，保护气18l/min
±
3l/min，光斑2.5mm，离焦量16mm。
102.最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制作特定的焊接定位工装对三角薄壁不锈钢管进行定位；步骤2、进行焊前准备，用打磨工具清理需要焊接位置，去除表面氧化层及磨损处的划痕，使之呈现金属光泽；步骤3、通过酒精擦拭零件表面干净为止，将待焊件用焊接定位工装固定于变位机上；步骤4、设定激光焊接机的焊接轨迹，以及相应的焊接工艺参数；步骤5、按照设定的焊接轨迹以及相应的焊接工艺参数进行焊接；步骤6、焊后清理，对焊接后的位置进行打磨，使之呈现金属光泽；步骤7、逐件对每根三角形异形薄壁不锈钢管焊接进行荧光检查，表面应无裂纹、气孔等缺陷。2.根据权利要求1所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述的焊接工艺参数的设定方法是，以激光功率350w
±
20w从开始位置焊接2mm进行预热；从开始位置处以激光功率380w
±
20w再焊接2mm，；然后以激光功率430w
±
20w在当前位置焊接1圈，以激光功率430w
±
20w；最后每焊接1mm功率减少100w，共焊接3mm，直至焊接轨迹延伸到零件外。3.根据权利要求1所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述的焊接定位工装包括旋转装夹凸台(1)，旋转装夹凸台(1)的端部设有防碰撞定位杆(2)、所述防碰撞定位杆(1)的端部设有穿杆(3)，所述穿杆(3)的内端设有杆部三角定位台(4)，所述穿杆(3)的外端部套设有头部三角定位台(5)，所述穿杆(3)的外侧设有螺纹拧入的锁紧螺母(6)，所述杆部三角定位台(4)和头部三角定位台(5)之间形成对三角薄壁不锈钢管以及待焊零件进行定位的定位口。4.根据权利要求3所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述的杆部三角定位台(4)与三角薄壁不锈钢管的杆部内侧型面相同，头部三角定位台(5)与三角薄壁不锈钢管头部内侧型面相同。5.根据权利要求1所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述的焊接轨迹的设定方法是，采集焊缝焊接插补点p1、p2、p3、p4、p5、p5a、p6、p7、p8a、p8、p9、p10、p11、p12、p13、p14、p15、p16，各点为六轴机器人笛卡尔坐标点{x,y,z,a,b,c,s,t,e1,e2,e3,e4,e5,e6}其中p1p2、p2p3、
…
、p15p16各段运行满足以下公式：xp10.y＝xp1.y，xp9.y＝xp1.y，xp8.y＝xp1.y，xp7.y＝xp1.y，xp6.y＝xp1.y，xp5.y＝xp1.y，xp4.y＝xp1.y，xp2.y＝xp1.y，xp3.y＝xp1.y，xp8a.y＝xp1.y，xp11.y＝xp1.y，xp12.y＝xp1.y，xp13.y＝xp1.y，xp14.y＝xp1.y，xp15.y＝xp1.y，xp5a.y＝xp1.y，xp16.y＝xp1.y；xp1.y＝xp1.y+b*c；xp2.y＝xp2.y+b*c；xp3.y＝xp3.y+b*c；xp4.y＝xp4.y+b*c；xp5.y＝xp5.y+b*c；xp5a.y＝xp5a.y+b*c；xp6.y＝xp6.y+b*c；xp7.y＝xp7.y+b*c；
xp8.y＝xp8.y+b*c；xp8a.y＝xp8a.y+b*c；xp9.y＝xp9.y+b*c；xp10.y＝xp10.y+b*c；xp11.y＝xp11.y+b*c；xp12.y＝xp12.y+b*c；xp13.y＝xp13.y+b*c；xp14.y＝xp14.y+b*c；xp15.y＝xp15.y+b*c。6.根据权利要求1所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述的激光焊接机的的激光头运行速度20mm/s
±
3mm/s。7.根据权利要求1所述的一种三角薄壁不锈钢管焊接方法，其特征在于，所述激光焊接机的焊接速度15mm/s
±
2mm/s，保护气18l/min
±
3l/min，光斑2.5mm，离焦量16mm。

技术总结

本发明公开了一种三角薄壁不锈钢管焊接方法制作特定的焊接定位工装对三角薄壁不锈钢管进行定位；进行焊前准备；通过酒精擦拭零件表面干净为止，将待焊件用焊接定位工装固定于变位机上；设定激光焊接机的焊接轨迹，以及相应的焊接工艺参数；按照设定的焊接轨迹以及相应的焊接工艺参数进行焊接；焊后清理；逐件对每根三角形异形薄壁不锈钢管焊接进行荧光检查，表面应无裂纹、气孔等缺陷。本发明在不同焊接段使用不同的功率，有效避免了未熔合、焊穿、咬边等缺陷的存在，并且通过设置焊接定位工装来对三角薄壁不锈钢管进行焊接定位，具有结构简单的特点。结构简单的特点。结构简单的特点。