二氧化碳压缩机排气消音器激光焊接技术研究.pdf

《电加工与模具》2015年第3期
设计·研究
二氧化碳压缩机排气消音器激光焊接技术研究
邹仲,邓琦林
(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240)
摘要:激光焊接是一种高密度聚能量焊接,针对活塞往复式二氧化碳压缩机排气消音器部件
的耐高压、无焊后处理的要求,提出了使用激光焊接的工艺,从而得到外形美观、熔深稳定、强度足
够、工艺性好的焊接方法。
关键词:激光焊接;二氧化碳压缩机;排气消音器部件
中图分类号:TG456.7文献标识码:A文章编号:1009-279X(2015)03-0054-04
Study on Laser Welding Technique for CO2 Compressor Discharge Muffler
Zou Zhong, Deng Qilin
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Abstract: Laser wielding is a kind of highly energy concentration welding. Based on the study to
the reciprocating CO compressor discharge muffler welding quality, a reliable, stable, and productive
laser welding technique is proposed, which can make compressor to undertake higher working pressure
Key words: laser welding: CO compressor; discharge muffler
二氧化碳压缩机是近年来逐渐被人们所重视时,工件用三爪卡盘夹具固定,并将夹具固定在
的一款环保型产品,其工况有别于传统冷媒压缩DJS-II型多功能激光数控加工机床上,通过调整机
机,工作时的高压部分压力约12MPa,而一般常规床的X、Y轴坐标位置,令焊接时的激光焦点落在工
压缩机仅2MPa左右。因此,对处于高压部位的排件焊缝上。由于工件焊缝是圆周状的,故在焊接时,
气消音器部件来说,焊接要求较高。在常规压缩机采用激光发生器固定不动、工件绕轴心旋转的方
生产过程中,消音器部件多使用熔化极气保护焊、式。使用可调速伺服电动马达进行驱动,令夹具卡
钎焊、隧道炉焊接等工艺,但这些方法有的焊后变盘绕夹具轴心旋转,实现激光焊接焦点在焊接过程
形严重、表面氧化皮较难去除,有的焊接效率低,或中始终聚焦在焊缝圆周上(图1)。
焊接过程中使用较污染的助焊剂等对人体有害的
化学物质。目前使用中的消音器部件采用的焊接
激光源
工艺为隧道炉钎焊,虽然过程简单,但能源消耗大
助焊剂中的有毒成分对人体健康危害严重。
工件
本文针对活塞往复式二氧化碳压缩机排气消
音器部件的零件工况,提出使用激光焊接的工艺方
夹具
法,从而得到外形美观、熔深稳定、工艺性好的焊接
零件。
1焊接试验装置
电动马达
本次激光焊接所使用的激光发生器是HJ-3000
型CO2激光器,其最大输出功率为3000W。焊接
收稿日期:2015-03-15
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51275303)
第一作者简介:邹伸,男,1983年生,工程师
图1激光焊接夹具整体结构
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设计?研究
《电加工与模具》2015年第3期
2焊接试验工件的制备
即当消音器部件顶出的破坏机械力>16.5kN
排气消音器部件的材料为SPCE,其含碳量为
理论上就能承受包括压缩机极限状态下的任何静
0.1%,属于低碳钢,具有较好的焊接性,焊接前后不
态压力。
需进行特别处理。
将焊接后的消音器部件切割去除下盖顶端部
将排气消音器的上、下端分别插入成部件状态
分,再与拉伸夹具一起放在CHT4305液压式万能试
(图2)。消音器部件的焊接区域是上端与下端的连
验机上,并将消音器部件外缘夹紧,用顶伸夹具对
消音器部件顶端进行破坏力试验(图3)。
接处,坡口尺寸为C,消音器壁厚为1.6mm
压入前
压人后
(26.8
26.8)
图3破坏力受力分析
图2消音器部件压装示意图
试验结果表明,在3种不同的焊接工艺状态
下,破坏力曲线都与位移的增加呈线性关系,直至
3焊接工艺试验
破坏,中间无明显的屈服过程。这是因为相比常规
焊接时,使用3种激光焊接工艺:本体直接焊的拉伸试验料棒,消音器部件的整个焊缝宽度较
接、送丝焊接及送粉焊接。焊丝选用直径1.2m的小,间隙最小处仅0.025mm,相对于消音器本体材
气保焊用碳钢焊丝,其熔点约1500℃;金属粉使用料壁厚16mm而言是极小的。因此,即便在拉力试
Ni45镍基自熔合金喷焊粉,其熔点为980-1050℃,验过程中,将拉伸速度调至很慢,当达到足够的破
硬度为45HRC。
坏力时,焊缝会瞬间断裂,而不会进入一般机械拉
根据公式Q=可知,焊接线能量Q与焊机
伸的屈服阶段?。从表2可看出,3种焊接状态的消
音器部件,最终的破坏力都高于16.5kN;而从绝对
输出功率P成正比,与焦点直径尺すD焊接线速值数据来比较,依次为送粉>本体>送丝。
度V成反比。由此,在焊接试验中,分别调整对比
表2破坏力结果
焊接离焦量、焊接速度(马达转速)、焊机输出功率、
工件与激光源的角度,得出最优化的焊接工艺参数
焊接离焦量焊接速度焊机功率角度破坏
mml
(mm.s)
/(°)力kN
(表1)
本体
3.14
1000
3026.79
表1焊接工艺参数
送丝
3.14
1500
3021.57
焊接工艺离焦量焊接速度焊机功率
角度
送粉
3.14
150
43.35
m
/(mms-1)
本体
80
3.14
1000
5焊缝截面分析
送丝
3.14
1500
从图4a所示截面图可看出,本体焊接的焊缝
送粉
80
3.14
1500
熔池深度小于但接近母材本体的壁厚,外表面形成
一个向内凹的圆弧。
4焊接力学性能测试
从图4b可看出,送丝焊接的熔池深度明显小
根据消音器部件的尺寸,承受压力的截面圆径于母材本体的壁厚,且在焊料熔化与母材熔化的区
为26.8mm,工件在工作时设计的可耐受压力为域中间有一个较明显的空洞。由于送丝的焊料半径
28.8MPa,由此可得满足耐受压力的最小机械强度:为1.2mm,母材的坡口尺寸是一个45°的倒角,焊料
F=PXTTR2
固定在坡口上,未焊接时就已形成一个较大的间隔
=28.8x10×mx(26.8:2x10-3)2
空间,这使激光加热在焊料与母材上时,热量需分
=16489.68(N)=16.5kN
别熔化两者,从而在该区域形成目视可见的空洞。