放氣閥及其焊接方法與流程

2023-07-27 14:48:06

本發明涉及雷射焊接的技術領域，特別是涉及一种放氣閥及其焊接方法。

背景技術：

雷射焊接因具有速度快、焊接深度大和變形小等優點而廣泛應用於各行各業，尤其適用於一些精密部件及高質量焊接要求的產品。車用渦輪增壓系統中的放氣閥是發動機的核心部件之一，其質量直接影響到整個渦輪增壓器的性能和使用壽命。

一般放氣閥由兩種不同材質的零件焊接而成，其中一種為鑄態的inconel(inconel，鉻鎳鐵合金)713c材質，另外一種為不鏽鋼材質，兩種材質的熱性能和力學性能相差甚遠。焊接時，由於inconel713c比其他鎳基合金組織更加不均衡，且沉澱強化元素含量高，焊縫區域中容易產生熱裂紋；此外，由於放氣閥的待焊接的焊縫為環形區域，傳統的焊接方法在焊接過程中存在重疊焊接的部位。在重疊焊接的部位會出現明顯的晶粒長大和塑性下降的現象，加上重疊焊接的部位的拘束大，使焊縫的搭接處容易產生凝固熱裂紋。

技術實現要素：

基於此，有必要針對焊縫的搭接處容易產生凝固熱裂紋的問題，提供一种放氣閥及其焊接方法。

一种放氣閥的焊接方法，所述放氣閥包括曲柄和閥蓋軸，所述焊接方法用於對所述曲柄和所述閥蓋軸進行焊接，所述焊接方法的步驟包括：

清洗所述曲柄和所述閥蓋軸；

分別對所述曲柄和所述閥蓋軸進行裝夾，使所述閥蓋軸位於所述曲柄的容納孔內，且所述曲柄和所述閥蓋軸之間存在環形間隙；

將ccd移動至與所述放氣閥相應的第一預定位置；

所述ccd對所述放氣閥進行拍照，並輸出所述閥蓋軸的端面的圓心坐標的數據信息；

根據所述數據信息將雷射焊接頭移動至第二預定位置，所述第二預定位置在所述放氣閥上的投影位置位於所述環形間隙遠離所述圓心坐標的一側；以及

所述雷射焊接頭依次沿起弧路徑、焊接路徑和收弧路徑進行焊接；

其中，所述起弧路徑為以所述第二預定位置為起點，且沿平行於所述第二預定位置在所述放氣閥上的投影位置與所述圓心坐標之間的連線方向移動至第三預定位置，所述第三預定位置在所述放氣閥上的投影位置與所述圓心坐標之間的距離小於所述閥蓋軸的半徑大小；所述焊接路徑為以所述圓心坐標為圓心，所述距離為半徑，從所述第三預定位置旋轉預定角度至第四預定位置；所述收弧路徑為以所述第四預定位置為起點，且與所述焊接路徑相切的曲線。

上述的放氣閥的焊接方法，焊接時，首先分別清洗曲柄和閥蓋軸，以去除曲柄和閥蓋軸上的油汙；其次分別對曲柄和閥蓋軸進行裝夾，使曲柄和閥蓋軸之間存在環形間隙；然後將ccd移動至與放氣閥相應的第一預定位置；然後ccd對放氣閥進行拍照，採集放氣閥的數據，計算並輸出閥蓋軸的端面的圓心坐標的數據信息；然後根據數據信息將雷射焊接頭移動至第二預定位置；最後雷射焊接頭依次沿起弧路徑、焊接路徑和收弧路徑運動；上述的焊接方法的焊接過程中，通過ccd採集閥蓋軸的圓心坐標的數據信息，根據數據信息將雷射焊接頭移動至第二預定位置，從第二預定位置出發且以圓心坐標為基準沿起弧路徑、焊接路徑和收弧路徑移動，通過對焊接路徑的控制避免了焊接路徑重疊，可以有效地消除起弧處深度不夠和焊縫的搭接處容易產生凝固熱裂紋的現象。

在其中一個實施例中，所述ccd和所述雷射焊接頭均設於工具機的動力輸出端上，所述工具機分別驅動所述ccd和所述雷射焊接頭運動，所述ccd與所述工具機的控制端通信連接，以將ccd移動至與放氣閥相應的第一預定位置。

在其中一個實施例中，利用圓環壓扣固定所述曲柄，利用氣缸夾具固定所述閥蓋軸，以分別對所述曲柄和所述閥蓋軸進行裝夾。

在其中一個實施例中，所述環形間隙小於或等於0.05mm；

或，所述曲柄的待焊區域與所述閥蓋軸的端面的距離小於或等於0.03mm，通過對曲柄與閥蓋軸之間的安裝的位置精度的控制，可以有效地保證雷射焊接過程中的光束位置。

在其中一個實施例中，在分別對所述曲柄和所述閥蓋軸進行裝夾的步驟之前還包括：利用乾燥的壓縮空氣分別吹洗所述曲柄和所述閥蓋軸，使環形間隙區域清洗乾淨後保持乾淨。

在其中一個實施例中，在將ccd移動至與所述放氣閥相應的第一預定位置的步驟之前還包括：將裝夾好的所述放氣閥通過自動滑臺運送至第五預定位置。

在其中一個實施例中，所述第二預定位置在所述放氣閥的投影位置與所述環形間隙之間的距離為1mm～3mm。

在其中一個實施例中，所述環形間隙的直徑與所述焊接路徑的直徑的差值為0.1mm～0.3mm；

或，所述預定角度為355°～358°。

在其中一個實施例中，所述雷射焊接頭沿所述焊接路徑的移動速度為0.4m/min～0.7m/min。

在其中一個實施例中，所述雷射焊接頭的雷射焦點與所述雷射焦點在所述放氣閥上的投影點之間的距離的變化量小於0.1mm；

或，所述雷射焊接頭的離焦量為0～2mm。

附圖說明

圖1為放氣閥的連接示意圖；

圖2為一實施例的放氣閥的焊接方法的流程圖；

圖3為圖1所示放氣閥的曲柄的示意圖；

圖4為圖1所示放氣閥處於裝夾狀態的示意圖；

圖5為ccd和雷射焊接頭固定於工具機的固定板的示意圖；

圖6為另一實施例的放氣閥的焊接方法的流程圖；

圖7為雷射焊接頭沿起弧路徑、焊接路徑和收弧路徑的示意圖；

圖8為又一實施例的放氣閥的焊接方法的流程圖；

圖9為又一實施例的放氣閥的焊接方法的流程圖；及

圖10為再一實施例的放氣閥的焊接方法的流程圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對放氣閥的焊接方法進行更全面的描述。附圖中給出了放氣閥的焊接方法的首選實施例。但是，放氣閥的焊接方法可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對放氣閥的焊接方法的公開內容更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在放氣閥的焊接方法的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，放氣閥10包括曲柄12、閥蓋軸14和閥蓋本體16，曲柄12與閥蓋軸14的材質不同，且曲柄12與閥蓋軸14之間通過焊接進行連接，閥蓋軸14和閥蓋本體16連接。一實施例的放氣閥10的焊接方法用於對曲柄12和閥蓋軸14進行焊接，使曲柄12與閥蓋軸14組裝為放氣閥10。焊接方法的步驟包括：

如圖2所示，s102，清洗曲柄12和閥蓋軸14。

在曲柄12和閥蓋軸14的裝配之前，通過超聲波清洗機用清洗液進行清洗，以去除焊縫區域內的油汙或其他顆粒的異物。具體地，清洗液可以為酒精或有機溶劑。在其中一個實施例中，用超聲波清洗機清洗的時間為10～20分鐘。在本實施例中，用超聲波清洗機清洗的時間為15分鐘。

s105，分別對曲柄12和閥蓋軸14進行裝夾，使閥蓋軸14位於曲柄12的容納孔122內，且曲柄12和閥蓋軸14之間存在環形間隙10a。

同時參見圖3，在本實施例中，曲柄12上開設有容納孔122。閥蓋軸14位於容納孔122內且與曲柄12之間存在環形間隙10a。在其中一個實施例中，閥蓋軸14與曲柄12之間形成均勻的環形間隙10a，使閥蓋軸14與曲柄12之間的焊縫較為均勻。

同時參見圖4，在其中一個實施例中，利用圓環壓扣30固定曲柄12，利用氣缸夾具40固定閥蓋軸14，以分別對曲柄12和閥蓋軸14進行裝夾。在本實施例中，圓環壓扣30固定於曲柄12的端面上。氣缸夾具40定位於閥蓋軸14的側壁上。在其中一個實施例中，圓環壓扣30包括壓扣本體32和多個凸起部34，壓扣本體32分別與多個凸起部34連接。多個凸起部34沿壓扣本體32的周向均勻分布。多個凸起部34均抵持於曲柄12的端面上，使圓環壓扣30固定於曲柄12的端面上。在其中一個實施例中，壓扣本體32和多個凸起部34一體成型而成。在其中一個實施例中，圓環壓扣30固定於曲柄12上的壓緊力大於或等於10mpa。

在其中一個實施例中，環形間隙10a小於或等於0.05mm。在本實施例中，環形間隙10a等於0.05mm。在其中一個實施例中，曲柄12的待焊區域與閥蓋軸14的端面的距離小於或等於0.03mm。通過對曲柄12與閥蓋軸14之間的安裝的位置精度的控制，有效地保證雷射焊接過程中的光束位置。在本實施例中，曲柄12的待焊區域與閥蓋軸14的端面的距離等於0.03mm。在其中一個實施例中，對曲柄12的待焊區域與閥蓋軸14的待焊區域進行倒角。在其中一個實施例中，倒角大小小於或等於0.15mm。

s107，將ccd20(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)移動至與放氣閥10相應的第一預定位置。

在本實施例中，第一預定位置為位於裝夾後的放氣閥10的正上方。如圖5所示，在其中一個實施例中，ccd20和雷射焊接頭30均設於工具機50的動力輸出端上，工具機50分別驅動ccd20和雷射焊接頭30運動。ccd20與工具機50的數控系統通信連接。工具機50為精密工具機，具有運行平穩的特點。ccd20和雷射焊接頭30均固定於工具機50的動力輸出端上，且ccd20和雷射焊接頭30同時隨工具機50的動力輸出端移動。在其中一個實施例中，工具機50的重複定位精度為±0.02mm。

在其中一個實施例中，工具機50在小於或等於6m/min的速度沿直徑大於或等於5mm的圓弧運動的圓誤差小於或等於0.05mm。在其中一個實施例中，工具機50包括驅動氣缸(圖未示)和固定板52，固定板52連接於驅動氣缸的活塞杆上，驅動氣缸帶動固定板52運動。ccd20和雷射焊接頭30均固定於固定板52上，使ccd20和雷射焊接頭30同時隨工具機50的動力輸出端移動。

s108，ccd20對放氣閥10進行拍照，並輸出閥蓋軸14的端面的圓心坐標的數據信息。

在本實施例中，ccd20為高精度存圓ccd。當ccd20通過工具機50移動至與放氣閥10相應的第一預定位置時，ccd20對放氣閥10進行拍照，並利用九點標定法計算出閥蓋軸14的端面的圓心坐標，同時輸出圓心坐標的數據信息至工具機50的數控系統。具體的，ccd20通過可編程控制器將數據信息輸送至數控系統。在其中一個實施例中，ccd20的計算誤差為±0.01mm。

s110，根據數據信息將雷射焊接頭30移動至第二預定位置，第二預定位置在放氣閥10上的投影位置位於環形間隙遠離圓心坐標的一側。

在其中一個實施例中，第二預定位置在放氣閥10的投影位置與環形間隙10a之間的距離為1mm～3mm。在本實施例中，第二預定位置在放氣閥10的投影位置與環形間隙10a之間的距離為2mm。

如圖6所示，在其中一個實施例中，根據數據信息將雷射焊接頭30移動至第二預定位置的步驟s110包括：

s110a，根據數據信息將雷射焊接頭30從第一預定位置移動至閥蓋軸14的圓心坐標的上方的中間位置。中間位置與圓心坐標之間的距離等於第二預定位置與閥蓋軸14之間的距離，即中間位置和第二預定位置相對於閥蓋軸14的端面處於同一高度。

s110b，根據數據信息將雷射焊接頭30從中間位置移動至第二預定位置。

在其中一個實施例中，雷射焊接頭30沿焊接路徑10c焊接的過程中與環形間隙的距離的變化量小於0.1mm。在其中一個實施例中，雷射焊接頭30的離焦量為0～2mm。在本實施例中，雷射焊接頭30的離焦量為1mm。

同時參見圖7，s112，雷射焊接頭30依次沿起弧路徑10b、焊接路徑10c和收弧路徑10d進行焊接。

其中，起弧路徑10b為以第二預定位置為起點，且沿平行於第二預定位置在放氣閥10上的投影位置與圓心坐標之間的連線方向移動至第三預定位置，第三預定位置在放氣閥10上的投影位置與圓心坐標之間的距離小於閥蓋軸14的半徑大小。焊接路徑10c為以圓心坐標為圓心，第三預定位置在放氣閥10上的投影位置與圓心坐標之間的距離為半徑，從第三預定位置旋轉預定角度至第四預定位置。收弧路徑10d為以第四預定位置為起點，且與焊接路徑10c相切的曲線。

在本實施例中，雷射焊接頭30的焊接線路包括起弧路徑10b、焊接路徑10c和收弧路徑10d。起弧路徑10b為直線軌跡。焊接路徑10c和收弧路徑10d均為弧形軌跡。實際的焊接路徑10c與理想的焊接路徑10c之間可以存在偏差值r。在其中一個實施例中，實際的焊接路徑10c與理想的焊接路徑10c的偏差值r小於0.02mm。

在其中一個實施例中，雷射焊接頭30焊接過程中使用的保護氣體為氮氣或氦氣或氖氣或其他惰性氣體。在本實施例中，雷射焊接頭30焊接過程中使用的氣體為氮氣。在其中一個實施例中，保護氣體的氣流量為8～12l/min。在本實施例中，保護氣體的氣流量為10l/min。在其中一個實施例中，保護氣體呈45°吹至雷射焊接頭30產生聚光光斑上。

在其中一個實施例中，雷射焊接頭30的功率的波動範圍小於10w。在其中一個實施例中，雷射焊接頭30在保證熔深的前提下沿焊接路徑10c的移動速度為0.4m/min～0.7m/min。具體地，雷射焊接頭30沿焊接路徑10c的移動速度為0.5m/min。在其中一個實施例中，工具機50的驅動雷射焊接頭30的在焊接時的速度變化量小於或等於0.2m/min。

在其中一個實施例中，環形間隙10a的直徑與焊接路徑10c的直徑的差值為0.1mm～0.3mm。在本實施例中，環形間隙10a的直徑與焊接路徑10c的直徑的差值為0.2mm。在其中一個實施例中，預定角度為355°～358°。在本實施例中，預定角度為357°。具體地，焊接路徑10c為以圓心坐標為圓心，第三預定位置在放氣閥10上的投影位置與圓心坐標之間的距離為半徑，從第三預定位置旋轉357°至第四預定位置。在其中一個實施例中，當雷射焊接頭30沿收弧路徑10d運動時，雷射焊接頭30的雷射功率不斷減小，最終減小至0。

如圖8所示，在其中一個實施例中，在分別對曲柄12和閥蓋軸14進行裝夾的步驟s105之前還包括：s104，利用乾燥的壓縮空氣分別吹洗曲柄12和閥蓋軸14，使環形間隙10a區域清洗乾淨後保持乾淨。

如圖9所示，在其中一個實施例中，在利用乾燥的壓縮空氣分別吹洗曲柄12和閥蓋軸14的步驟s104之前還包括：s103，分別擦拭曲柄12和閥蓋軸14，對清洗後的環形間隙10a進一步擦拭，使待焊接的環形間隙10a更乾淨。

如圖10所示，在其中一個實施例中，在將ccd20移動至與放氣閥10相應的第一預定位置的步驟s107之前還包括：s106，將裝夾好的放氣閥10通過自動滑臺運送至第五預定位置。

在本實施例中，自動滑臺具有運送平穩、重複定位精度高的特點。自動滑臺將裝夾好的放氣閥10運送至待焊接的第五預定位置處。在其中一個實施例中，自動滑臺的重複定位精度為±0.04mm。

上述的放氣閥10的焊接方法，焊接時，首先分別清洗曲柄12和閥蓋軸14，以去除曲柄12和閥蓋軸14上的油汙；其次分別對曲柄12和閥蓋軸14進行裝夾，使曲柄12和閥蓋軸14之間存在環形間隙10a；然後將ccd20移動至與放氣閥10相應的第一預定位置；然後ccd20對放氣閥10進行拍照，採集放氣閥10的數據，計算並輸出閥蓋軸14的端面的圓心坐標的數據信息；然後根據數據信息將雷射焊接頭30移動至第二預定位置；最後雷射焊接頭30依次沿起弧路徑10b、焊接路徑10c和收弧路徑10d運動。上述的焊接方法的焊接過程中，通過ccd20採集閥蓋軸14的圓心坐標的數據信息，根據數據信息將雷射焊接頭30移動至第二預定位置，從第二預定位置出發且以圓心坐標為基準沿起弧路徑10b、焊接路徑10c和收弧路徑10d移動，通過對焊接路徑的控制避免了焊接路徑重疊，可以有效地消除起弧處深度不夠和焊縫的搭接處容易產生凝固熱裂紋的現象。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。