本发明属于激光焊接，具体涉及一种控制曲轴焊接变形的激光焊接方法。
背景技术：
1、激光焊接是一种高质量焊接方式，其精度高、可控性良好，高能量密度与局部热输入使其可以在焊接中产生熔深、熔宽可控的小型焊缝，并且激光焊接的热影响区很窄，易于实现微米级别的焊缝尺寸与位置控制。激光焊接的焊接速度快、效率高、更易于实现自动化焊接，近年来在汽车制造业、航空航天、电子制造、医疗器械等工业生产中得到了极为广泛的应用。
2、曲轴零件属于细长圆管肋板式结构，包括主轴和曲柄，曲柄设置在主轴上，主轴为细长圆管，曲柄为肋板。它作为汽车制造中的重要零部件，具有传递转矩、转换运动方式（将往复直线运动转变为旋转运动，或将旋转运动转换成直线运动）、连接零部件等重大作用。在使用中需要承受一定的轴向载荷与径向载荷，这对曲轴零件的制造精度、装配精度、零件性能、结构性能等方面有着很高的要求。对于曲轴这样的细长圆管肋板式结构，采用激光焊接的方式将曲柄连接到主轴上，是最为经济可靠的制造方式。
3、对于圆管肋板式结构的环形焊缝，现在的大量研究大部分都是针对大型管道的环形焊缝焊接控制，比如风电导管架钢圆管、地下输送管道等，并且更多的是关注其焊缝组织粗大、热影响区软化等性能问题，而对于细小圆管（直径≤40mm）环形焊缝焊接变形控制的方法研究不多。目前有厚壁圆管和薄壁不锈钢压力容器焊接的变形控制方法，通过控制坡口焊缝的焊接顺序来控制其焊接变形；有设计专用工装来控制焊接变形，但针对的是直径60～200mm，壁厚≤2mm的特殊圆管的直缝焊接变形控制，适应面窄，不适用于圆管环形焊缝的焊接变形控制。所以为了汽车制造行业的发展以及填补细长圆管肋板结构环形焊缝的焊接变形控制工艺的空白，有必要开发一种适应于细小圆管肋板结构的激光焊接装置及整体焊接变形控制的工艺方法。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，可提高焊缝质量和加工精度。
2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，包括以下步骤：
3、步骤10，将主轴竖直放置，将曲柄按照成型方案安装到主轴上，固定主轴和曲柄，并对曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光点焊定位；
4、步骤20，将主轴水平放置，固定主轴，对曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，得到曲轴。
5、作为本发明实施例的进一步改进，所述主轴的直径小于等于40mm，主轴的长度为100～400mm，曲柄的个数为3～12个。
6、作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤20中，如果曲柄有2n+1个，先对第n+1个曲柄和主轴之间的环形缝隙进行焊接；然后将第n个和第2n+1个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；再将第n+2个和第1个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；依此将最接近第n+1个曲柄和最接近边缘的曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接，直至所有曲柄与主轴的环形缝隙都被焊接；每组曲柄中，两个曲柄分别位于主轴中分线两侧；
7、如果曲柄有2n个，则先将第n个和第n+1个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形焊缝进行焊接；然后将第n-1个和第2n个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；再对第n+2个和第1个曲柄作为一组，将它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；依次将最接近第n个或第n+1个曲柄和最接近边缘的曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接，直至所有曲柄与主轴的环形缝隙都被焊接；每组曲柄中，两个曲柄分别位于主轴中分线两侧；其中，n表示大于等于1的整数。
8、作为本发明实施例的进一步改进，曲柄的个数为3，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄；
9、步骤20中，固定主轴后，先对第二曲柄和主轴之间的环形缝隙进行焊接，再对第一曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，最后对第三曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接。
10、作为本发明实施例的进一步改进，曲柄的个数为4，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄和第四曲柄；
11、步骤20中，固定主轴后，先对第二曲柄和主轴之间的环形缝隙进行焊接，再对第三曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，然后对第一曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，最后对第四曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接。
12、作为本发明实施例的进一步改进，曲柄的个数为5，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄、第四曲柄和第五曲柄；
13、步骤20中，固定主轴后，先对第三曲柄和主轴之间的环形缝隙进行焊接，其次对第二曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，再对第五曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，然后对第一曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接，最后对第四曲柄和主轴之间的环形缝隙进行激光焊接。
14、作为本发明实施例的进一步改进，步骤10和步骤20中，激光焊接时，焊接头距离曲柄与主轴之间的环形缝隙为3～10mm，焊接头与竖直面之间的夹角为15°～60°。
15、作为本发明实施例的进一步改进，步骤20中，在对同一曲柄与主轴之间的环形缝隙进激光行焊接时，焊接头不移动，根据环形缝隙直径得到旋转速度，带动主轴以所述旋转速度进行转动。
16、作为本发明实施例的进一步改进，根据环形缝隙直径，利用式（1）计算得到旋转速度：
17、ω=60v/(π×d) 式（1）
18、式中，ω表示旋转速度，单位为r/min ；v表示焊接速度，单位为mm/s；d表示环形焊缝直径，单位为mm。
19、作为本发明实施例的进一步改进，采用激光焊接装置；所述激光焊接装置包括加工平台、激光透镜模组、三坐标移动组件、顶尖、旋转组件和定位组件，所述激光透镜模组通过三坐标移动组件安装在加工平台上，三坐标移动组件用于带动激光透镜模组相对于加工平台进行三维移动；顶尖和旋转组件相对设置在加工平台上，旋转组件用于带动主轴转动；定位组件安装在加工平台上，用于在点焊定位前固定主轴和曲柄，并在点焊定位结束后将主轴连带曲柄输送到顶尖和旋转组件之间。
20、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
21、（1）本发明方法，先将主轴竖直放置，将曲柄安装到主轴上，进行点焊后，曲柄可定位在主轴上，无需再进行装夹固定曲柄，而且点焊只进行单边焊接，不会出现仰焊；然后将主轴水平放置，只需固定主轴，依次对曲柄与主轴之间的环形缝隙进行焊接，无论进行单边焊接，还是双边焊接，均不会出现仰焊而造成焊缝质量下降的情况；本发明方法先竖直点焊定位，后水平焊接缝隙，工艺简便，减少装夹次数，提高焊缝质量，提高加工精度，规避了选择不同焊接方式可能带来的焊接质量问题，对零件的整体焊接品质有更好的保证。本发明方法采用激光焊接，激光光斑直径一般可控制在0.5mm~2mm之间，满足细小圆管肋板结构的环形焊缝缝隙宽度小且精度高的要求；且水平焊接缝隙时采用四爪自定心卡盘可以固定直径较小的圆管状的主轴，固定牢固且装夹方便，适用于细小圆管肋板结构的环形焊缝的焊接。
22、（2）本发明方法，考虑到对不同曲柄焊接时会产生多个小焊接变形，根据曲柄在主轴上的位置关系，通过调控曲柄的焊接顺序，可以使得多处产生的焊接应力相互抵消（相互制衡），进而实现焊接变形的相互调控，达到控制主轴整体总变形量的目的。即使主轴直径较小，长度较长，曲柄个数较多，也可将主轴轴线变形的圆柱度误差控制在0.1mm以内。
1.一种控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，所述主轴的直径小于等于40mm，主轴的长度为100～400mm，曲柄的个数为3～12个。
3.根据权利要求1所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，所述步骤20中，如果曲柄有2n+1个，先对第n+1个曲柄和主轴之间的环形缝隙进行焊接；然后将第n个和第2n+1个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；再将第n+2个和第1个曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接；依此将最接近第n+1个曲柄和最接近边缘的曲柄作为一组，分别对它们与主轴之间的环形缝隙进行焊接，直至所有曲柄与主轴的环形缝隙都被焊接；每组曲柄中，两个曲柄分别位于主轴中分线两侧；
4.根据权利要求3所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，曲柄的个数为3，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄；
5.根据权利要求3所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，曲柄的个数为4，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄和第四曲柄；
6.根据权利要求3所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，曲柄的个数为5，沿主轴轴向依次为第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄、第四曲柄和第五曲柄；
7.根据权利要求1所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，步骤10和步骤20中，激光焊接时，焊接头距离曲柄与主轴之间的环形缝隙为3～10mm，焊接头与竖直面之间的夹角为15°～60°。
8.根据权利要求1所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，步骤20中，在对同一曲柄与主轴之间的环形缝隙进激光行焊接时，焊接头不移动，主轴与曲柄同步转动。
9.根据权利要求8所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，根据环形缝隙直径，利用式（1）计算得到主轴旋转速度：
10.根据权利要求1所述的控制曲轴焊接变形的激光焊接方法，其特征在于，采用激光焊接装置；所述激光焊接装置包括加工平台、激光透镜模组、三坐标移动组件、顶尖、旋转组件和定位组件，所述激光透镜模组通过三坐标移动组件安装在加工平台上，三坐标移动组件用于带动激光透镜模组相对于加工平台进行三维移动；顶尖和旋转组件相对设置在加工平台上，旋转组件用于带动主轴转动；定位组件安装在加工平台上，用于在点焊定位前固定主轴和曲柄，并在点焊定位结束后将主轴连带曲柄输送到顶尖和旋转组件之间。
