CN103537788B - 密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，利用本发明方法可以显著提高铝合金薄壁密封壳体组件焊接效率，且质量稳定、接头光亮、熔化均匀，可形成连续致密焊道。本发明通过下述技术方案予以实现：用夹具将内外壳焊缝对接处紧密贴合在一起，对装配组件圆周接缝处实施环行焊缝脉冲电子束定位点焊；利用电子束偏转角度补偿电子束受洛伦兹力发生的偏转距离；以脉冲电子束前陡后缓脉冲波形，控制电子束热输入总量，利用束流上升下降时所产生的热量进行焊接；在设定较小的脉冲功率和蒸汽压力减小的情况下，延长3～5s脉冲后沿，缓慢下降，再将电子束焦点位置调节到工件表面以下0.5mm以内，将待焊接头部位表面熔化焊接成一体，形成连续焊道。
Description
技术领域
本发明是关于密封壳体组件内套装有磁铁的薄壁筒体的焊接方法，特别要求承受压强大、泄漏率低密封产品，内装有磁铁的密封壳体组件的焊接方法。
背景技术
铝合金薄壁密封壳体是燃油测控系统上典型高压密封产品，其制造的精度直接影响燃油测控系统的重要特性。因此，对壳体组件连接有严格要求。通常密封壳体组件连接主要有钎焊和熔化焊接两种加工方式。作为最后一道工序，焊后无余量加工，因此对焊接变形控制要求严格，更不允许焊缝穿透密封壳体，否则失去密封作用。这种壁厚仅为0.5mm的密封壳体组件采用真空电子束封焊，真空电子束焊接设备不仅成本高，设备复杂，而且焊接中的气孔问题很难解决。常规焊接方法采用钎焊，钎焊输出热量过大、热影响区过宽、焊接变形严重，同轴度无法控制在0.05mm以内，难以满足使用要求，很难从工艺参数上对焊接质量进行有效控制，无法从根本上避免焊接变形现象，造成零件报废。由于密封壳体组件内部装有磁铁，采用常规电子束焊接方法，电子束在磁场中易受洛伦兹力影响，发生位移和偏离焊缝；加之电子束功率密度过高、穿透力过强、能量过于集中，容易出现表面成形不够均匀，焊缝的后1/3段表面有凹陷缺陷，产生这种缺陷的主要原因是由于壳体过薄，热容量相对较小，焊接过程中不同的时间段零件温升差异很大，特别是在焊接环焊缝的后1/3段，由于电子束焊接过程的加热和前段焊缝的热传导，零件升温已较高，焊缝金属熔化量相对前2/3段要大，焊缝成形较前2/3段宽且形成深浅不一的凹陷现象，从而造成零件焊后变形严重，同轴度无法控制在0.05mm以内，当焊深超过止口线时极易出现局部烧穿、焊漏，造成零件报废。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提出一种操作简便、质量稳定、效率较高，焊接熔深适中、焊缝规则、接头光亮、熔化均匀，可形成连续致密焊道，并能克服电子束磁场洛伦兹力干扰的焊接方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)首先利用夹具将内外壳焊缝对接处紧密贴合在一起，在电子束焊机上对装配组件圆周接缝处实施若干点脉冲电子束定位点焊，焊点沿环行焊缝均布；
(b)利用电子束偏转角度补偿电子束因在磁场中受到洛伦兹力发生偏转距离2～3mm；
(c)在焊接程序中设置电子束反方向偏转角度3～5°，在加速电压为50～60kV，束流为8～10mA，聚焦电流700～800mA工艺参数中取任意一具体数值，设定脉冲电子束焊接程序：以脉冲电子束流上升为2～3s、下降时间为3～5s的前陡后缓脉冲波形，控制电子束热输入总量，使束流按照脉冲波形前陡后缓的斜率快速上升到峰值后，降低1～2mA焊接束流，加大10～20mA聚焦电流，减小5～10°电子束汇聚角，增大电子束的活性区域，分散电子束流功率密度，利用束流上升下降时所产生的热量进行焊接；然后在设定较小的脉冲功率和蒸汽压力减小的情况下，延长3～5s脉冲后沿，缓慢下降，排除熔池内的非溶解气体，以使已熔金属填满在脉冲起始阶段内形成的凹坑；再将电子束焦点位置调节到工件表面以下0.5mm以内，将待焊接头部位表面熔化焊接成一体，形成连续致密的焊道。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明根据铝合金薄壁密封壳体组件的特点，合理设置电子束反方向偏转角度和设定脉冲电子束焊接程序，补偿电子束因在磁场中受到洛伦兹力发生偏转距离。以“前陡后缓”脉冲波形，使束流按照脉冲波形“前陡后缓”的斜率快速上升到峰值后，材料迅速加热以改善吸收性，随后缓慢下降并维持继续加热，避免强烈飞溅的同时增加熔深。利用束流上升下降时所产生的热量进行焊接，在设定较小的脉冲功率下，蒸汽压力减小的情况下，延长脉冲后沿，缓慢下降，彻底排除熔池内的非溶解气体，防止熔池金属冷凝后形成气孔，以使已熔金属填满在脉冲起始阶段内形成的凹坑。将电子束焦点位置调节到工件表面以下0.5mm，通过合理匹配工艺参数、焊接速度，将待焊接头部位表面熔化焊接成一体，形成连续致密的焊道，通过程序设置，利用脉冲电子束对密封壳体组件整体施焊，对电子束焊接设备无其他要求，操控简便、批量生产质量稳定、精确可控、效率较高；利用电子束反方向偏转补偿磁场干扰，使电子束准确对中焊缝，焊接后熔深适中、焊缝规则、接头光亮、熔化均匀，焊道致密；本发明所述脉冲电子束焊接方法相对于钎焊加工方法，变形小、精度高、工艺简单、制造成本低，且生产效率高；相对于常规电子束焊接，克服了电子束在磁场中受到洛伦兹力影响，发生位移，偏离焊缝现象，稳定性好、可靠性高、密封效果好。本发明所述加工方法是对密封壳体组件整体施焊，所需工艺流程简单，成型效率高，焊后同轴度控制在0.05mm以内，热变形量极小、经高压密封试验，焊接强度可承受5Mpa以上压强、泄漏率稳定在3×10-10Pa·m3/s左右，产品合格率达到100%，完全满足设计要求。
本发明操作简便、质量稳定、效率较高，焊接后密封壳体组件同轴度能够控制在0.05mm以内，接头光亮、熔化均匀、焊缝致密。解决了常规焊接工艺复杂、热变形严重、密封性差、可靠性低的问题。本方法适用于任意不同材料内装磁铁薄壁密封壳体的焊接加工。
附图说明
图1是本发明密封壳体组件脉冲电子束焊接示意图。
图中：1.外壳，2.内壳，3.磁铁。
具体实施方式
以下实施例中将进一步说明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而对本发明没有限制。
参见图1。密封壳体组件有一个铝合金中空薄壳体的外壳1，其内有一个可以通过电子束Ⅰ、电子束Ⅱ固联的圆柱体内壳2。磁铁3通过薄壁筒体内壳2装配在底端。带有内壳2的外壳1可以通过电子束Ⅰ、电子束Ⅱ将其内壳2和磁铁3密封在中空薄壳体内，形成一个密封体。根据本发明的焊前准备，可以采用常规的用化学方法去除密封壳体组件接头表面的氧化物，焊前用有机清洗剂对待焊处接头附近严格的清洗。然后通过专用夹具将内外壳体紧密贴合在一起，装夹在三爪卡盘上，为利于电子束均匀熔化壳体组件，内、外壳对接处部位轴线垂直电子束方向，采用专用夹具将内外壳紧密贴合，通过夹具上的螺母对内外壳施加一定预紧力，以控制焊接后，轴、径两个方向的收缩、减小角变形和弯曲变形，预紧力的大小由夹具上的螺纹调整。
首先对装配组件圆周接缝处实施若干点脉冲电子束定位点焊，定位焊点在环行焊缝上均布，以减小环行焊缝在焊接过程中因局部受热引起的变形，同时避免受热导致待焊处张口，确保焊接密封性。
为确保校正后的电子束轨迹对中焊缝，准确焊接，在电子束受到磁场洛伦兹力发生偏转距离2～3mm时，通过程序设置电子束反方向的偏转角度3～5°，补偿电子束偏转距离，使电子束对中焊缝，准确焊接。因此根据铝合金薄壁密封壳体内装磁铁进行焊接特点，可以在焊接程序中合理设置电子束反方向偏转角度3～5°，以补偿电子束因在磁场中受到洛伦兹力发生偏转距离2～3mm。
在电子束焊机上设定脉冲电子束焊接程序，在加速电压为50～60kV，束流为8～10mA，聚焦电流700～800mA工艺参数中，取任意一具体数值，通过程序设置，以脉冲电子束流上升为2～3s、下降时间为3～5s的“前陡后缓”脉冲波形，使束流按照脉冲波形“前陡后缓”的斜率快速上升到峰值后，缓慢下降，在降低1～2mA焊接束流时，加大10～20mA聚焦电流，减小5～10°电子束会聚角，增大电子束的活性区域，分散电子束流功率密度；控制电子束热输入总量，利用束流上升下降时所产生的热量进行焊接，在设定较小的脉冲功率下，蒸汽压力减小的情况下，延长3～5s脉冲后沿，缓慢下降，彻底排除熔池内的非溶解气体，防止熔池金属冷凝后形成气孔，以使已熔金属填满在脉冲起始阶段内形成的凹坑。
电子束焦点位置对熔深影响很大，在设定较小的脉冲功率下，将电子束焦点位置调节到工件表面以下0.5mm左右，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。
在焊接后处理中，在电子束焊机上将电子束设置成椭圆波形，X方向扫描幅值为2～3mm，Y方向扫描幅值为4～6mm，扫描频率为50～60Hz，对焊缝进行修饰。
焊缝熔宽、熔深由焊接程序及工艺参数决定。对于不同材质、厚度的壳体组件只需调整脉冲波形、重新设置工艺参数即可改变输入焊接热量完成加工。
通过上述措施，使脉冲电子束将内部装有磁铁的铝合金密封壳体组件熔化焊接成一体，实现高强度密封连接。重新设置脉冲波形、电子束反方向偏转角度，焊接工艺参数可进行不同厚度、不同材质、不同磁场强度下的高压密封产品焊接。
Claims (5)
1.一种密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)首先用夹具将内外壳焊缝对接处紧密贴合在一起，在电子束焊机上对装配组件圆周接缝处实施若干点脉冲电子束定位点焊，焊点沿环形焊缝均布；
(b)利用电子束偏转角度补偿电子束受磁场洛伦兹力发生的偏转距离；
(c)在加速电压为50～60kV，束流为8～10mA，聚焦电流700～800mA工艺参数中取任意一具体数值，设定脉冲电子束焊接程序：以脉冲电子束流上升为2～3s、下降时间为3～5s的前陡后缓脉冲波形，控制电子束热输入总量，使束流按照脉冲波形前陡后缓的斜率快速上升到峰值后，降低1～2mA焊接束流，加大10～20mA聚焦电流，减小5～10°电子束汇聚角，增大电子束的活性区域，分散电子束流功率密度，利用束流上升下降时所产生的热量进行焊接；然后在设定较小的脉冲功率和蒸汽压力减小的情况下，延长3～5s脉冲后沿，缓慢下降，排除熔池内的非溶解气体，以使已熔金属填满在脉冲起始阶段内形成的凹坑；再将电子束焦点位置调节到工件表面以下0.5mm以内，将待焊接头部位表面熔化焊接成一体，形成连续致密的焊道。
2.根据权利要求1所述的密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于，在焊接后处理中，在电子束焊机上将电子束设置成椭圆波形，在X方向扫描幅值为2～3mm，在Y方向扫描幅值为4～6mm，扫描频率为50～60Hz，对焊缝进行修饰。
3.根据权利要求1所述的密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于，在电子束受到磁场洛伦兹力发生偏转距离2～3mm时，在程序中将电子束反方向的偏转角度设置为3～5°，补偿电子束偏转距离，使电子束对中焊缝，准确焊接。
4.根据权利要求1所述的密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于，用夹具将内外壳紧密贴合，通过夹具上的螺母对内外壳施加预紧力，以控制焊接后，轴、径两个方向的收缩、减小角变形和弯曲变形，预紧力的大小由夹具上的螺纹调整。
5.根据权利要求1所述的密封壳体组件内套磁铁薄壁筒体的焊接方法，其特征在于，带有内壳（2）的外壳（1）通过电子束Ⅰ、电子束Ⅱ将其内壳（2）和磁铁（3）密封在中空薄壳体内，形成一个密封体。
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