CN102962578B - 电子束扫描焊接偏心环缝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，旨在供一种操控简便、质量稳定、效率较高的偏心环缝焊接的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先去除零件待焊处表面的氧化物，用有机清洗剂对偏心环缝部位进行清洗；然后将具有偏心环缝的待焊零部件组装成一体，装夹在三爪卡盘上；通过电子束焊接机扫描程序设置，驱动电子枪内电子束在某一偏转角度范围内振荡、旋转形成面热源，设置电子束扫描工艺参数，将电子束能量快速上升到峰值的束流上升时间设为1～2s，维持继续加热的束流焊接扫描时间设为25～30s，下降时间设为10～12s，扫描频率为400Hz～600Hz，在此工艺参数下，控制电子束的扫描轨迹，对被电子束扫描的工件焊缝处加热、熔化，完成焊接。

Description

电子束扫描焊接偏心环缝的方法

技术领域

本发明是关于电子束扫描焊接偏心环缝的方法，特别是适应与装夹处不同心的偏心环缝，要求承受压强大、泄漏率低的高压密封产品的焊接。

背景技术

安装盘组件是航空燃油测量系统上典型高压密封产品，其制造的精度直接影响燃油测量系统的重要特性。因此，对安装盘组件连接有严格要求。通常安装盘组件连接主要有整体机械加工和焊接加工两种方式。采用整体机械加工，工艺复杂、制造成本高，且生产效率低，不便于批量生产。如果采用常规焊接方法—氩弧焊，氩弧焊输出热量过大、热影响区过宽、焊接变形严重，同轴度较难控制在0.05mm以内，很难从工艺参数上对焊接质量进行有效控制，从根本上避免焊接变形现象和报废零件。

采用常规电子束焊接方法，零件焊接困难在于分度圆上均布的四条环缝为偏心焊缝，与装夹处不同心，采用常规焊接方法—A轴旋转，需要特制偏心夹具，装夹、抽真空四次，生产效率极低。采用X-Y插补，因电子束斑为椭圆形，插补后焊缝不均匀、成型较差，难以承受20MPa压强，泄漏率大于1.33×10^-7Pa·m³/s，密封效果差，很难从工艺参数上对焊接质量进行有效控制，很难从根本上解决焊接强度与密封性。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种操控简便、质量稳定、精确可控、效率较高的用电子束扫描焊接偏心环缝的方法。 

为了达到上述目的，本发明提供的一种用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，其特征在于包括如下步骤： 

 (a) 首先用机械方法去除零件待焊处表面的氧化物，然后用有机清洗剂，对接头部位进行清洗；

(b) 将具有偏心环缝的待焊零部件组装成一体，焊接处缝隙紧密贴合，装夹在三爪卡盘上；

(c) 通过电子束焊接机扫描程序设置，驱动电子枪内电子束在某一偏转角度范围内振荡、旋转形成面热源，设置电子束扫描工艺参数，将电子束能量快速上升到峰值，束流上升时间设为1～2s，维持继续加热的束流焊接扫描时间设为25～30s，下降时间设为10～12s，扫描频率为400Hz～600Hz，在此工艺参数下，控制电子束的扫描轨迹，对被电子束扫描的工件焊缝处加热、熔化，完成焊接。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

采用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，精确可控、质量稳定、效率较高。本发明根据材料的特点，设置电子束扫描工艺参数，通过合理匹配加速电压、焊接束流、扫描频率、扫描时间，缩短束流上升时间的工艺参数，使电子束能量快速上升到峰值，材料迅速加热以改善吸收性，随后维持扫描加热时间，延长束流下降时间，从而形成连续致密的焊道，避免了强烈飞溅，同时增加熔深，将待焊部位熔化成一体。本发明采用电子束“快升缓降”的方式，合理分配焊接能量，将安装盘件密封连接部位熔化成一体，达到“焊前预热、焊后缓冷”的效果，消除焊接后气孔、残余应力及焊缝开裂的敏感性。 

本方法操控简便、工艺流程简单，效率较高。采用三爪卡盘“一次装夹，全部完工”，焊后同轴度能够控制在0.02mm以内，避免了现有技术装夹，需要特制偏心夹具，多次抽真空，生产效率低下，同轴度较难控制的问题。相对于整体机械加工方法，工艺简单、制造成本低，解决了整体机械加工和常规焊接工艺复杂、成本高、效率低的问题。相对于其它焊接方法变形小、精度高，相对于常规电子束焊接，减少了装夹、抽真空次数，提高了生产效率，且稳定性好、可靠性高、密封效果好、热变形量极小、经高压密封试验，焊接强度可承受20MPa压强、泄漏率稳定在3×10^-10 Pa·m³/s，合格率达到100%。

对偏心环缝密封组件采用电子束扫描焊接后，接头熔深适中、焊缝规则、接头光亮、熔化均匀、焊缝连续致密。

利用本发明方法对设备无其他要求，在一般电子束焊机上即可完成偏心环缝的焊接。本发明适用于任意偏心环缝密封产品的焊接加工。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：

图1本发明通过安装盘组件一个实施例的焊接示意图。

图2是图1左视图。

图3是本发明的电子束扫描示意图

图中：1安装座，2密封进油嘴，3密封进气嘴，4密封出气嘴，5密封出油嘴,6电子枪，7电子束扫描平面。

具体实施方式

参见图1～图3。以下实施例中，仅以具有偏心环缝的安装盘作为待焊零部件，并以此实施例来进一步说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。该安装盘主要由安装座1和围绕安装座1中心轴分布的待焊密封进油嘴2、密封进气嘴3和密封出气嘴4、密封出油嘴5。密封进油嘴2、密封进气嘴3、密封出气嘴4、密封出油嘴5均是具有偏心环缝的待焊零件，并将其划分为电子束焊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

焊前准备。用机械方法去除零件接头表面的氧化物，焊前用有机清洗剂丙酮对待焊处接头附近严格的清洗。采用刚性固定法，将安装座1与密封进油嘴2、密封进气嘴3、密封出气嘴4、密封出油嘴5装配成组件，并紧密贴合。为减小环型焊缝在焊接过程中因局部受热引起的变形，避免受热导致待焊处张口，最大限度保证安装盘组件密封效果，对圆周接缝处实施若干点脉冲激光定位点焊，在环行焊缝上均布定位焊点，从而将具有偏心环缝的待焊零部件组装成一体，焊接处缝隙紧密贴合，装夹在三爪卡盘上。 

通过电子束焊接机扫描程序设置，根据待焊材料的特点，合理设置电子束扫描工艺参数，缩短束流上升时间，使电子束能量快速上升到峰值，材料迅速加热以改善吸收性，保持一段时间的扫描加热，随后延长束流下降时间，以维持继续加热，避免强烈飞溅的同时增加熔深，将待焊部位熔化成一体。依据事实设计思路，选择加速电压、电子束流、聚焦电流、扫描频率参数，合理匹配加速电压、焊接束流、扫描频率、扫描时间。在电子束扫描参数的选择上，可以选择，加速电压为55～60kV，束流为9.5～10mA，聚焦电流750～850mA，灯丝电流580～600 mA，在上述工艺参数中，取任意一组具体数值。驱动电子枪6内电子束在某一偏转角度范围内振荡、旋转形成面热源，设置电子束扫描工艺参数，将电子束能量快速上升到峰值的束流上升时间设为1～2s，维持继续加热的焊接扫描时间为25～30s，束流下降时间设为10～12s，扫描频率为400 Hz～600Hz工艺参数下，控制电子束的扫描轨迹，电子枪6按照图3所示的电子束扫描方向形成电子束扫描平面7。为了最大限度发挥电子束熔透效力并使焊缝成形良好，以消除熔深不均的缺陷，在束流一定的情况下，将电子束焦点位置调节到工件表面以下1/3左右，对被电子束扫描的工件焊缝处加热、熔化，完成焊接，形成连续致密。

为防止熔池金属冷凝后形成气孔，在焊接结束后，再进行一次低频率扫描，彻底排除熔池内的非溶解气体。

接头焊缝熔宽、熔深由焊接程序及工艺参数决定。对于不同材质、厚度、直径的偏心环缝的安装盘组件焊接，只需调整扫描频率、重新设置电子束扫描工艺参数，即可改变输入焊接热量完成加工。

通过上述措施，使偏心环缝安装盘组件熔化焊接成一体，实现了高效率密封连接、减少了反复装夹、抽真空。重新设置扫描频率、工艺参数可进行不同厚度、直径、材质的偏心环缝高压密封产品的焊接。

Claims (2)

1.一种用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，其特征在于包括如下步骤： 

 (a) 首先用机械方法去除零件待焊处表面的氧化物，然后用有机清洗剂，对接头部位进行清洗；

(b) 将具有偏心环缝的待焊零部件组装成一体，焊接处缝隙紧密贴合，装夹在三爪卡盘上；

(c) 通过电子束焊接机扫描程序设置，驱动电子枪内电子束在某一偏转角度范围内振荡、旋转形成面热源，设置电子束扫描工艺参数，将电子束能量快速上升到峰值的束流上升时间设为1～2s，维持继续加热的束流焊接扫描时间设为25～30s，下降时间设为10～12s，扫描频率为400Hz～600Hz，在此工艺参数下，控制电子束的扫描轨迹，对被电子束扫描的工件焊缝处加热、熔化，完成焊接。

2. 根据权利要求1所述的用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，其特征在于，在电子束扫描参数的选择上，选择加速电压为55～60kV，束流为9.5～10mA，聚焦电流750～850mA，灯丝电流580～600 mA，在上述工艺参数中，取任意一组具体数值。

3.根据权利要求1所述的用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，其特征在于，在束流一定的情况下，将电子束焦点位置调节到工件表面以下1/3。

4.根据权利要求1所述的用电子束扫描焊接偏心环缝的方法，其特征在于，在焊接结束后，再进行一次低频率扫描，消除熔池内的非溶解气体。