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2.4 激光焊的应用实例

2.4.1 42CrMo钢伞形齿轮轴的窄间隙激光焊

齿轮作为机械传动的重要部件,受加工条件限制,大直径锻造齿轮整体制造存在很大困难,甚至必须分体加工后通过焊接实现连接。焊接结构齿轮已在很大程度上取代了大尺寸的铸造齿轮以及镶圈式结构齿轮,成为经济可行的制造方法之一。激光焊接由于焊接速度快,热输入量小,热影响区小,避免了热影响区的软化,接头强度好,焊态下的接头一般具有相当或优于母材的性能,同时激光焊接受工件空间的约束较小。因此,激光焊接正逐步成为齿轮连接的主要方法。

伞形齿轮轴采用的是42CrMo中碳高强钢,其化学成分见表2.19。它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性,但由于含碳量高,合金元素含量也较高,淬硬倾向比较大。为了避免裂纹的形成,采用窄间隙激光填丝法进行焊接。伞形齿轮轴的结构如图2.25所示。

表2.19 42CrMo钢及填充材料的化学成分  单位:%

图2.25 伞形齿轮轴的结构示意图

焊接设备采用德国某公司的CO 2 激光器,最大输出功率为3.5kW,焊接工作台为五轴联动工作台。光束采用抛物铜镜反射聚焦系统,焦距为300mm,聚焦光斑直径为0.26mm。焊接时,装卡好的齿轮轴在回转工作台的带动下旋转,双层喷嘴侧吹保护气体。填充材料为日本TCS-2CM焊丝(相当于ER62-B3),化学成分见表2.19。

由于受激光器输出功率限制,为了实现完全焊透,同时兼顾送丝速度对焊接过程稳定性的影响,采用窄间隙激光填丝多层焊接技术,其中第一层为自熔焊,焊接装置如图2.26所示。42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊的工艺参数见表2.20。

图2.26 42CrMo钢伞形齿轮轴的激光焊装置

表2.20 42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊的工艺参数

42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接头表面成形良好,采用金相分析,42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接头内部没有缺陷。图2.27是激光焊接头附近各区域显微硬度的分布。齿轮轴激光焊熔合区显微硬度约为580HM,母材约为300HM,在热影响区中不存在软化现象。

图2.27 42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接头横向显微

42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊焊缝中心处纵向的硬度分布见图2.28。从焊缝上部到根部,硬度逐渐升高。焊缝下部的底层焊缝为自熔焊接,没有焊丝输入,焊缝中较高的碳含量,使硬度维持在一个较高的水平上;而上层焊道中,在低碳TCS-2CM焊丝的中和作用下,焊缝中碳含量降低,造成硬度降低。但是较低的碳含量,减少了高碳马氏体的形成,降低了焊缝的冷裂倾向。

图2.28 42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊焊缝中心处纵

采用激光窄间隙填丝焊接的42CrMo钢伞形齿轮轴焊接接头抗拉强度为980~1080MPa,断裂发生在母材,断口呈现典型的韧性断裂。接头强度与母材相当(42CrMo钢调质态的抗拉强度约为1000MPa)。金相组织分析,获得的焊缝组织为细小的针状贝氏体,热影响区为贝氏体及少量的板条马氏体的混合组织,避免了过热区的脆化。

2.4.2 冷轧钢与高强度镀锌钢车身的CO 2 激光拼焊

钢铁公司由于受轧制机的限制难以生产宽度较大的钢板,而汽车生产对宽板的要求日趋增加,采用激光拼焊法,将冷轧钢与高强度镀锌钢进行连接,可以满足生产宽体车的要求。

采用PHC-1500型CO 2 激光器,激光功率1.5kW,波长为10.6μm,聚焦元件是焦距为127mm的硒化锌透镜,聚焦前的光束直径为28mm,焦斑直径约为0.42mm。材料是瑞典高强度镀锌钢DOGAL 800DP,厚度为1.5mm;冷轧钢采用Q195低碳钢,冷轧钢板的厚度分别为1.0mm、1.5mm、2.0mm。高强度镀锌钢与冷轧钢板的化学成分及力学性能见表2.21。

表2.21 高强度镀锌钢与冷轧钢板的化学成分及力学性能

焊接接头采用对接,间隙控制在板厚的1/10以内。焊前用丙酮清洗焊接部位。采用自制的焊接夹具固定工件,两工件下表面平齐。采用N 2 气作为保护气和等离子体控制气,同轴气流量为3m 3 /h,侧吹气体通过一个内径为6mm与焊接平面的夹角在30°左右的圆管供应,气流方向与焊接速度方向相反。激光光束相对试样表面的法线向薄板一侧倾斜5°,试件随工作台移动。冷轧钢与高强度镀锌钢激光拼焊的工艺参数见表2.22。

表2.22 冷轧钢与高强度镀锌钢激光拼焊的工艺参数

焊后在显微镜下观察,接头熔合区的组织是上贝氏体+低碳马氏体,热影响区的组织是上贝氏体+低碳马氏体+铁素体。由于冷却条件不同,热影响区的晶粒明显比熔合区的晶粒细小。焊接接头的抗拉强度353MPa,拉伸试验时断裂位置处于冷轧钢一侧,说明接头强度高于冷轧钢母材。

2.4.3 镁合金中厚板的CO 2 激光深熔焊

镁合金具有密度轻、比强度高、回收性能好、无污染和资源丰富等优点,已得到广泛应用。由于镁合金易氧化、线胀系数及热导率高,导致镁合金在焊接过程中易出现氧化燃烧、裂纹以及晶粒粗大等,并且这些问题随着焊接板厚的增加,变得更加严重。中国兵器科学研究院谭兵等采用CO 2 激光焊对厚度10mm的AZ31镁合金进行焊接,研究了中厚度板镁合金CO 2 激光深熔焊的焊接特性。

(1)焊接工艺特点

AZ31镁合金板材尺寸为200mm×100mm×10mm,经过固溶处理,化学成分见表2.23。焊接采用的激光焊机为德国Rofin-Sinar TRO50的CO 2 轴流激光器,最大焊接功率为5kW,激光头光路经4块平面反射镜后反射聚焦,焦距为280mm,光斑直径为0.6mm。焊接接头不开坡口,采用对接方式固定在工装夹具上,两板之间不留间隙,背部采用带半圆形槽的钢质撑板,采用He气作为保护气体。焊接工艺参数为激光功率3.5kW、焊接速度1.67cm/s、离焦量0、保护气体流量25L/min。

表2.23 AZ31镁合金板材的化学成分(质量分数)  单位:%

(2)焊缝形貌及微观组织

焊后对焊缝形貌观察表明,该焊接工艺能保证厚度10mm的AZ31镁合金板全部焊透,并且焊缝背部成形均匀、良好。但焊缝表面纹理均匀性较差,并存在少量的圆形凹坑,原因如下。

①焊缝金属流到焊缝根部和两板之间存在一定间隙造成焊缝金属量不足。

②镁合金表面张力小,在高功率密度脉冲电流的冲击过程中,易造成气化物和熔化物的抛出。

③由于镁合金蒸发点低,焊接过程中焊缝金属气化,一部分会蒸发掉。

焊接形成的焊缝截面深宽比约为5∶1,焊缝截面的上部约为4mm,中部和下部宽度约为2mm,为典型的激光深熔焊的焊缝截面形貌。

由于激光焊的能量密度高,且镁合金的热导率大,焊缝在快速冷却过程中,使得焊缝晶粒尺寸小于母材,而焊缝上部为激光与等离子体热量同时集中作用的区域,因此焊缝宽度、熔池温度也是该区域最高,从而冷却速度也最慢,导致该区域晶粒尺寸大于焊缝其他区域。热影响区宽度为0.6~0.7mm,与母材组织对比,热影响区的晶粒有一定的长大,并且从焊缝到母材,晶粒长大越来越不明显。

(3)焊缝区元素及物相分析

图2.29为焊缝界面左右各0.5mm区域的元素分布。焊缝中Mg元素的质量分数减小,Al的质量分数增大,Zn的质量分数没有明显的变化。这是因为Mg的沸点低于Al的沸点,所以Mg更易于挥发。焊缝物相检测表明焊缝中主要物相是α-Mg固溶体,未检测出Al-Mg低熔点相。因为激光焊接速度快、热输入小,焊缝中的Al来不及向晶界扩散就已凝固,因而在焊缝晶界很难形成富集的能与Mg反应的Al元素。

图2.29 焊缝界面附近的元素分布

(4)焊接接头区硬度分布

镁合金激光焊接头的维氏硬度分布如图2.30所示。焊缝中心区硬度最高,为52.7HV,热影响区硬度最低为47.2HV。由于焊缝的晶粒较细而有利于提高焊缝的硬度;另一方面由于Mg元素的烧失,铝元素的相对含量增加,有利于增加焊缝的硬度。热影响区受焊缝热作用出现晶粒长大造成组织软化,但由于焊接速度和导热速度快,因此热影响区软化现象并不严重。

图2.30 焊接接头硬度分布

(5)焊接接头性能

AZ31镁合金母材及激光焊接头的抗拉强度和伸长率见表2.24。

表2.24 AZ31镁合金激光焊接头的力学性能

注:括号中的数据为实测值。

焊缝强度平均值和断后伸长率都小于母材。在镁合金激光深熔焊过程中,会形成小孔,但小孔的形成会造成镁元素的蒸发,容易产生气孔。虽然中厚板镁合金激光焊缝晶粒优于母材,但由于激光深熔焊过程中存在较多的微气孔,从而造成接头的强度低于母材强度。

2.4.4 大厚度不锈钢的激光焊

随着核电工业的发展,对厚板不锈钢的焊接要求越来越高,传统的电弧焊方法效率低、变形大、焊接区组织粗大、抗核辐照性能差,难以满足使用要求。北京工业大学肖荣诗等采用德国Rofin-Sinar公司的DC035 Slap CO 2 激光器(最大输出功率3.5kW)及SR200 CO 2 激光器(最大输出功率20kW),试验研究了厚板万瓦级激光自熔焊接、窄间隙激光填丝焊接及激光-TIG填丝复合焊接,对厚度超过10mm不锈钢的激光接焊工艺有推进意义。

(1)焊接工艺及焊缝状态

①万瓦级激光自熔焊接 采用SR200 CO 2 激光器对厚度12mm的1Cr18Ni9Ti(TP304)不锈钢板进行了自熔焊接。焊接时不开坡口,不填充材料,焊接保护气为He气。焊接工艺参数为焦距200mm、激光功率18kW、焊接速度2.2 m/min、保护气流量38L/min。焊缝的横截面见图2.31(a),表明焊缝深宽比大,焊缝成形良好,热影响区小。焊缝中没有发现气孔等缺陷。

图2.31 激光自熔焊缝的横截面

②窄间隙激光填丝多层焊接 采用DC035 Slap CO 2 激光器对 ϕ 48mm×10mm HR3C(TP310)新型奥氏体耐热不锈钢管进行窄间隙填丝多层焊接。其中填充材料为直径1mm的T-HR3C焊丝,对接坡口采用U形坡口。钝边厚度为6mm,坡口间隙为1.8mm。分上下两层焊接,下层焊道为自熔焊接,上层为填丝焊接。激光功率为3.5kW,上下层的焊接速度分别为0.75m/min和1.8m/min。保护气为流量5L/min的Ar和流量15L/min He的混合气体。焊缝正、反面成形良好,经X射线探伤检验和渗透检验,100%合格。解剖焊缝也没有发现气孔、裂纹等缺陷,焊缝横截面如图2.31(b)所示。

③激光-TIG填丝复合焊接 采用DC035 Slap CO 2 激光器,对厚度10mm的TP304不锈钢板进行了激光-TIG电弧复合焊接,填充材料为直径1mm的SMP-347焊丝。对接坡口也是U形坡口。焊接工艺参数为激光功率3.5kW、焊接电流200A、焊接速度0.8m/min、送丝速度4.5m/min、保护气流量25L/min的He气。从TIG焊枪送出。焊接接头的正反面成形良好,焊接接头的横截面如图2.31(c)所示。解剖焊缝未见气孔、裂纹等缺陷。

(2)三种激光焊接工艺的特点

以上三种不锈钢激光焊接工艺中,万瓦级激光自熔焊接接头的深宽比大,焊缝上部和下部的熔宽基本相当。但是由于目前万瓦级CO 2 激光器光束质量差,性能不稳定,聚焦焦点位置随激光输出功率和光束传输距离改变而变化很大,焊接质量难以保证。

窄间隙激光填丝多层焊接采用常用工业级激光器即可实现不锈钢厚板的焊接,焊接工艺简单,焊接过程稳定性好,成本低,同时由于填充材料的加入,有利于对热裂纹敏感钢种的焊接。但这种工艺的不利因素是填充材料主要集中于焊缝上部的坡口中,焊接接头的组织和力学性能存在不均匀性,但力学性能试验结果表明接头的整体性能可以满足使用要求。

相比窄间隙激光填丝多层焊,激光-TIG复合焊可以提高焊接效率;同时由于电弧的加入,增加了搭桥能力,降低了对装配质量的要求。另外由于激光和电弧的相互作用,焊接过程稳定性明显改善,减少了气孔。采用填充焊丝的激光-TIG复合焊接,焊接过程中不涉及熔滴过渡等复杂物理过程,电弧稳定性好,可以获得较高质量的焊接接头。

(3)接头组织和性能

TP310不锈钢激光填丝多层焊的焊缝组织主要为细小的柱状奥氏体(晶体学取向相同的晶粒),同时各板条状晶群间夹杂着细小的等轴状晶,晶粒尺寸较母材大幅度减小。在熔合区附近没有观察到明显的热影响区,熔合区附近的母材晶粒也没有长大。

图2.32为激光填丝焊接头与热丝TIG焊对接接头650℃时的高温持久强度对比图。其中热丝TIG焊接头进行过焊后固溶处理。由图可见,激光填丝焊较热丝TIG焊的高温持久强度有明显提高,尤其是在应力为230MPa时,其断裂时间提高了约160%。

图2.32 650℃时的高温持久强度

2.4.5 不锈钢超薄板的脉冲激光焊

316L不锈钢因其良好的力学性能,成为最常用的医疗器械材料。脉冲激光焊作为一种精密的连接方法,在医疗器械的制造中发挥着很大的作用。而奥氏体不锈钢热导率小、线胀系数大、焊接过程中由热收缩而引起的工件横向位移、对接缝间隙过大或过小等原因,难以保证焊接质量,薄板对接焊中最易产生的缺陷是烧穿;而且激光焊时在焊缝起焊和收尾处易出现半椭圆形缺口等缺陷。大连理工大学刘黎明等针对上述问题试验研究了厚度0.1mm的316L不锈钢超薄板脉冲激光焊的工艺参数,分析了焊接接头的组织和力学性能。

(1)焊接工艺特点

母材为厚度仅0.1mm 的316L不锈钢超薄板,采用平板对接焊的方式。焊机为国产500W脉冲激光焊机,最小电流100A,最大频率100Hz,脉冲宽度0.1~12ms连续可调。试板尺寸25mm×12mm×0.1mm。对接接头用砂纸打磨平整,用丙酮清洗除去表面油污。

通过改变工艺参数焊接试板表明,采用脉冲激光焊时,在选择工艺参数时应遵循小电流、大脉宽、高速度、高频率的原则。因为小电流、大脉宽,既可以防止因功率密度大造成的局部气化,又可以降低液态熔池的温度梯度,减小表面张力的不良影响,有利于焊缝成形和接头强度的提高。提高焊接速度,有利于减小焊缝起焊和收尾处的半椭圆形缺口尺寸。但对于脉冲激光焊,提高焊接速度,单个焊点之间的重叠率会降低,这样很容易出现焊接缺陷。所以在提高焊接速度的同时必须提高脉冲频率,从而提高单个焊点之间的重叠率,保证焊接质量。

(2)接头的组织特征

焊接接头完全是奥氏体组织,中心是等轴晶而边缘是柱状晶。等轴晶和柱状晶交界处局部有明显分界线。而且焊接热影响区非常窄,几乎看不到。在焊缝中没有发现δ铁素体,这与激光焊时熔池的冷却速率快及合金元素含量有关。

(3)接头的力学性能

图2.33示出316L不锈钢激光焊接头的显微硬度分布。焊缝的硬度较母材的硬度高,焊缝边缘(细小柱状晶区)的硬度比焊缝中心部位(细小等轴晶)的硬度高。激光焊接头拉伸试验表明,母材的抗拉强度为778MPa,焊缝的抗拉强度为739MPa,焊缝抗拉强度可达到母材的95%;母材的伸长率为14%,焊缝的伸长率为12%,可达到母材的85%。激光焊接头力学性能降低的原因可能与焊缝中等轴晶和柱状晶交界处产生的分界线有关。

图2.33 316L不锈钢激光焊接头的显微硬度分布

2.4.6 X52管线钢的激光焊

长输管线建设是一项大规模的焊接工程,焊接质量在很大程度上决定了长输管线建设的整体水平以及管线在运营中的安全性。厚壁管线钢焊接一般采用多丝埋弧焊、熔化极气体保护焊等,焊接时要求开坡口并进行多层焊接。与电弧焊工艺相比,激光深熔焊接模式可以获得大深宽比的焊缝,一次熔深大,所需焊道数少,从而大大减小焊接变形。上海交通大学吴毅雄等采用高功率激光焊接设备,对壁厚16mm的X52管线钢进行焊接,取得良好的效果。

(1)焊接工艺特点

采用德国TRUMPF生产的CO 2 激光器进行焊接,最大输出功率为15kW,激光波长为10.6μm,焦距为350mm。试验材料为X52管线钢,其主要合金元素及含量见表2.25。试验板厚为16mm,不开坡口对接焊。采用的激光焊接参数为激光功率14kW、焊接速度0.8m/min、侧吹气体He的气流量30L/min、离焦量-2mm。

表2.25 X52管线钢的化学成分(质量分数)  单位:%

(2)接头区组织特征

激光焊工艺性试验表明,X52管线钢激光焊缝表面平整光洁,熔宽均匀一致,上表面宽度为8mm左右,下表面宽度为2mm左右。图2.34示出激光焊接头横断面的宏观形貌。焊缝形状呈现Y形,焊缝窄而深,这是由对激光能量的吸收不同造成的,上部受热大,冷却慢,下部受热小,冷却快,导致焊缝上部和下部的结晶特性有所差异。焊缝上部形成柱状晶,柱状晶生长方向为沿散热最快方向,垂直于熔池凝固界面指向熔池表面。

图2.34 X52管线钢激光焊接头横断面的形貌

激光焊缝下部凝固组织与上部有所不同,散热最快的方向垂直于焊缝,晶粒由两侧熔合区相向生长形成柱状晶,最后在焊缝中心处液态金属温度梯度较小,形成细小的等轴晶。焊接接头不同区域的组织及特征见表2.26。

表2.26 X52管线钢焊接接头不同区域的组织及特征

(3)接头力学性能

表2.27给出对接试板的拉伸、弯曲及低温冲击韧性试验结果,各项性能均达到技术要求。特别值得注意的是冲击吸收功200J以上,韧性很高,完全满足使用要求,与目前采用的焊接方法相比要高出很多,体现了激光焊接的优势。

表2.27 X52管线钢焊接接头的力学性能

(4)接头硬度分布

图2.35为X52管线钢激光焊接头的硬度分布。焊接接头的上部和下部的硬度分布是不同的,接头上部的最大硬度在靠近熔合区的热影响区部位,接头下部的最大硬度在焊缝中心附近,而传统焊接方法的硬度最大值在热影响区。硬度最大的部位淬硬倾向大,容易导致裂纹的产生,该焊接接头的焊缝下部应引起重视,因为容易出现裂纹等缺陷,但由于该接头的最高硬度在270HV 500g 左右,硬度不是很高,焊接冷裂纹敏感性较低。

图2.35 X52管线钢激光焊接头的硬度分布

2.4.7 汽车高强钢板光纤激光焊

汽车工业对轻量化、安全、废气排放、成本控制及燃油经济性的要求越来越高,这就驱使汽车工业采用高强度钢板和高强度轻量化材料。北京工业大学王鹏等采用IPG YLR-6000-ST2光纤激光器对宝钢生产的汽车用厚度1.5mm高强钢板进行焊接,并对焊接质量与缺陷进行分析。

(1)焊接材料及方法

试验材料为宝钢生产的高强钢板,抗拉强度为700MPa,厚度为1.5mm,其化学成分及力学性能见表2.28。试样尺寸为100mm×50mm×1.5mm,在50mm边对接焊,不开坡口。焊接设备采用IPG公司生产的YLR-6000-ST2激光器,最大输出功率6kW,使用200μm的光纤进行传输,扩束镜150mm,焊接头为Precitec公司生产的YW50,焦距为250mm,聚焦光斑直径为0.33mm。

表2.28 高强钢成分及力学性能  单位:%

焊前采用丙酮对焊接部位进行清洗,然后将工件固定在自制的焊接夹具上,装配间隙控制在板厚的1/10以内,保证焊缝均匀平整。焊接过程中采用Ar气作为保护气和等离子体控制气。焊接中采用的工艺参数见表2.29。

表2.29 高强钢板激光焊的工艺参数

(2)工艺参数对熔深、熔宽的影响

激光功率和焊缝熔深及熔宽之间的变化如图2.36所示。在功率为1~2kW时,熔深随着功率的增大而增加,此时焊接的主要模式为热传导焊接;当功率达到2.2kW时,熔深突然增大,这是因为焊接模式由热传导焊接转变为深熔焊接。深熔焊接模式的特征是小孔的出现,小孔出现后材料对激光的吸收急剧增大,熔深增加;当功率达到一定值,激光的能量过强导致蒸发金属也被电离,出现等离子体对激光的屏蔽作用,焊缝深度反而减小。

图2.36 激光功率对熔深和熔宽的影响( v =80mm/s)

熔宽随激光功率变化的规律与熔深相似。功率较低时,熔宽随功率的逐渐增大而变宽。当功率超过3kW之后,熔宽反而随功率的增加而减小,可能是因为等离子体对激光屏蔽作用的加强,导致到达材料表面的能量降低,熔宽变窄。

焊接速度和熔深与功率之间的变化如图2.37所示。相同功率下,熔深随焊接速度的增加而减小。这是由于随着焊接速度的增加,激光热输入减小,降低了激光作用到材料表面的能量,因此熔深减小。对于高强度钢来说,要增加焊接熔深,可适当增大激光功率或降低焊接速度。

图2.37 激光功率及焊接速度对熔深的影响(速度单位

(3)接头组织特征

激光焊接头的热影响区较窄,截面上表面处热影响区宽度约为0.2mm,下表面处约为0.25mm。焊缝组织均匀细小,为低碳马氏体,含有极少量的铁素体和残余奥氏体,还有针状铁素体存在,有效提高焊缝横向的抗拉强度,力学性能优于母材。热影响区过热粗晶区组织也为低碳马氏体,但晶粒相对尺寸比常规电弧焊接头要小。由于激光焊热输入小,冷却速度快,在焊缝和熔合区附近容易形成淬硬后的马氏体组织。热影响区细晶区发生完全重结晶,形成了细小的铁素体和马氏体组织。

(4)接头的力学性能

对激光焊接头试样进行拉伸试验,加载速度为1mm/min,结果两次均断于母材,可知激光焊接头的抗拉强度(1020MPa)高于母材,这是由于焊缝组织含有一定量的板条马氏体,提高了焊缝强度。焊接接头试样无明显的拉长,断口也没有明显的缩颈现象,可以判定断裂为脆性断裂。

2.4.8 汽车桥壳的激光切割

某厂原汽车桥壳的上桥片是用厚度5mm的Q345(16Mn)钢板,通过冲裁下料模具和成形模具两次加工完成的。然后,与加工工艺相同的下桥片对接,中间再用两个三角块填补,最后焊接成桥壳,如图2.38所示。

图2.38 原汽车桥壳示意图

这种制造工艺中板材毛坯冲裁的轮廓和精度不高,造成上、下桥片成形后与三角块一起对接时,割缝宽窄不一,高低不齐,为后续桥壳的自动焊接带来装配、加工和质量问题。车桥成品检验时,在三角区常出现漏气现象。而激光切割光斑小,切口细窄,切缝两边平行并且与表面垂直,切割零件的尺寸精度可达±0.05mm,切割表面光洁美观,表面粗糙度只有几十微米。因此,采用激光切割代替传统的板材毛坯冲裁可以避免三角区的漏气现象。

采用CO 2 激光切割设备,激光器功率1.2kW,加工范围1.25m×2m,切口宽度0.18mm,加工精度±0.1mm,切口粗糙度 Ra =20~30μm。

首先,将原桥壳上、下桥片的边缘尺寸 r 圆弧改为直线(图2.39),使得三角块的两个焊接边缘也成为直线,这样桥壳上焊接路径变成3段直线,便于全程自动焊接。针对上、下桥片的成形尺寸,初步设计出桥片毛坯轮廓(图2.40)。通过修正 R 1 R 2 R 3 这3个半径尺寸和 L 1 L 2 长度尺寸,确保图2.39中1区域平、2区域直、3区域与 R 109圆弧尺寸相吻合。采用激光切割设备进行桥片毛坯的下料。

图2.39 改进后桥壳示意图

图2.40 桥片改进后毛坯示意图

将激光切割下来的桥片毛坯在成形模具上试压成形,再将成形后的上、下桥片和三角块放在一起进行对缝检查,割缝宽度要求为0~1mm。对3个区域中不合格的边缘,通过激光切割进行修正。激光切割加工精度很高,而且调整尺寸很方便,只需修改上次激光切割参数控制程序中需调整的数据。修正后的桥片毛坯再次试压成形后,检查割缝情况。重复上述过程,直到满足割缝要求,割缝宽度控制在1mm以内,保证割缝平直。

由于激光切割得到理想的板材毛坯轮廓,上、下桥壳和三角块的连接能够采用全程自动焊接,所以桥壳的外观和内在质量良好。焊接后试漏返修率由原来的20%以上降低到l%以下,焊接操作人员比原来减少了2/3,焊接效率也提高了2倍。 FU2L4myjDR/lIRXebqH8sD9zb7fCJlYYfRcCkfVVVV1LZ/2F0axl9A9gUwXT7pWS

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