[发明专利]一种激光焊接涡轮盘和转轴的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，更具体地，本发明涉及一种激光焊接涡轮盘和转轴的方法。

背景技术

涡轮盘与转轴的装配固定是涡轮增压器生产中的一项关键工序，对提高涡轮增压器的产品质量以及降低涡轮增压器的产品成本起着重要作用。目前，普遍采用摩擦焊接方法将涡轮盘固定在转轴的端部。使用摩擦焊接方法，转轴材料的利用率大约仅为35％；另外，在摩擦焊接过程中，通常转轴的焊接端面中心线速度不一致，溶解温度不均，机械强度不均；而且，摩擦焊接方法需要做焊接应力处理，由于涡轮盘与转轴偏差较大，需要轴的预留加工余量大，同时机加工余量大，导致较大的机加应力，影响轴的稳定性；进一步，涡轮叶片因为焊接应力造成叶片表面氧化，颜色发生变化，需要做二次刨丸处理。除了摩擦焊接方法，还可以使用电子束焊接方法进行涡轮盘和转轴的焊接，但是，使用电子束焊接需要真空室的环境和并且需要产生x射线，工业应用造价昂贵，工艺要求严格。

发明内容

为克服现有涡轮盘与转轴的装配中的焊接效果差、工艺要求严格的缺陷，本发明提出了一种激光焊接涡轮盘和转轴的方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种激光焊接涡轮盘和转轴的方法，使用包括机器人本体、激光焊接头、旋转工作台和控制装置的激光焊接系统进行焊接，所述方法包括：

步骤10)、在涡轮盘非焊接一端加工顶尖孔，并且将涡轮盘和转轴装夹在所述激光焊接系统的旋转工作台；

步骤20)、控制机器人本体与其负载的激光焊接头，并且控制所述旋转工作台，对所述涡轮盘和转轴进行焊接；

步骤30)、焊接进入收尾阶段，提高焊接速度完成所述涡轮盘和转轴剩余部分的焊接。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种激光焊接涡轮盘和转轴的方法，其中，所述步骤30)进一步包括：焊接进入收尾阶段，提高焊接速度的同时降低激光功率，完成所述涡轮盘和转轴剩余部分的焊接。

其中，步骤10)进一步包括：在所述涡轮盘和转轴的待焊接端面分别预加工形成孔，孔深分别为1-2mm，所述涡轮盘和转轴的待焊接端面中的孔正对密合。

其中，步骤10)还包括：将所述转轴通过旋转工作台的夹具夹置于旋转工作台上，并使所述转轴轴心保持水平，所述旋转工作台的顶尖正对所述顶尖孔将涡轮盘顶紧，与转轴密合，并保持所述涡轮盘和转轴中心对齐。

其中，步骤20)进一步包括：焊接过程中，所述旋转工作台带动所述夹具旋转，为所述涡轮盘和转轴提供顺时针或者逆时针的水平旋转运动。

其中，所述机器人本体为5自由度框架式机器人。

其中，所述机器人可以沿水平方向左右移动、也可以沿垂直方向上下移动，并且所述机器人具有绕水平方向和垂直方向转动的机械臂。

其中，步骤20)还包括：所述机器人本体带动所述激光焊接头移动到焊接开始的位置。

其中，所述激光焊接头移动到焊接开始的位置时，所述激光焊接头偏转一定角度，防止涡轮叶片对光束的阻碍。

其中，步骤20)还包括：所述旋转工作台带动所述涡轮盘和转轴转动，达到匀速后，所述激光焊接头射出激光。

其中，步骤20)还包括，当所述机械臂旋转达到匀速后，所述激光焊接头射出激光。

其中，步骤20)还包括：在对所述涡轮盘和转轴进行连续焊接之前，对所述涡轮盘和转轴进行点焊，进一步固定所述涡轮盘和转轴。

其中，步骤30)中，提高焊接速度的时刻可以是进入以闭合曲线重心为圆心、离闭合曲线焊缝的闭合处角度为正负30度的范围后的任一时刻。

其中，步骤30)中，根据所述涡轮盘和转轴的属性和焊缝深度确定焊接速度提高的数值，一般地，焊接速度提高1倍以上。

其中，步骤10)进一步包括：在涡轮盘和转轴装夹在焊接系统的旋转工作台之前，对所述涡轮盘和转轴焊接端面进行清洗，去除油污与金属锈迹。

其中，所述降低激光功率包括突然降低激光功率到某一固定值或者线形降低激光功率到某一固定值。

其中，根据所述涡轮盘和转轴的属性和所述闭合曲线的焊缝深度确定所述固定值，通常情况下，所述固定值为原激光功率的2/3以下。

通过应用本发明，克服现有涡轮盘与转轴制造中的焊接效果差、工序复杂、工艺要求严格的缺陷，简化了涡轮盘和转轴的装配工序，优化了涡轮盘和转轴的成型效果，焊接过程易于控制。

附图说明

图1为根据本发明的激光焊接系统组成结构图；

图2为一种涡轮盘和转轴的结构示意图；

图3为根据本发明的激光焊接涡轮盘和转轴的方法流程图；