CN103551720A - 一种短管的电子束偏转焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机领域，具体为一种短管的电子束偏转焊接方法，可以完成短管的真空电子束焊接，解决了焊接过程中短管的定位问题，同时解决了短管焊接接头强度低、焊缝成型差、零件焊接后变形大的问题。由于短管直径较小，焊接过程中采用电子束偏转焊接，焊接过程中组件保持不动，电子束流沿焊缝轨迹移动，添加三角波摆动，焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管的焊接定位问题，有效控制了接头的间隙和错位。由于焊接时热输入小、焊接速度快、焊接过程稳定、焊缝质量高，可以满足设计及生产的要求。此技术先期设备投入较大，前期需做大量焊接试验确定焊接工艺参数，同时对零件的工装要求较高。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体为一种短管的电子束偏转焊接方法。
背景技术
航空发动机设计图纸要求短管焊接采用氩弧焊点焊，四点均布。由于短管数量多(共192个)，氩弧焊点焊强度低，组件工作时由于温度较高、应力较大，工况较为复杂，容易引起焊点开裂。改用真空电子束焊接后，由于短管焊缝位置尺寸较小(分别为Φ14.0mm、Φ11.7mm、Φ11.4mm、Φ10.2mm)，同时焊接厚度较小(1.2mm)，在正常电子束焊接速度下，熔池用于惯性作用，熔化金属冷却后成型较差，严重影响焊缝质量。
一般小尺寸零件采用真空电子束焊可以实现连接功能，常用电子束焊接，由于电子枪固定，电子束流通过偏转线圈、聚焦线圈进行调整，焊接时零件移动，电子束流轰击金属表面形成焊缝。当焊缝尺寸较小时，由于工作台机械运动的惯性作用，电子束产生的熔池在离心力的作用下，熔化金属向圆周外侧汇集，同时快速冷却，容易形成焊接表面缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短管的电子束偏转焊接方法，可以完成短管的真空电子束焊接，解决了焊接过程中短管的定位问题，同时解决了短管焊接接头强度低、焊缝成型差、零件焊接后变形大的问题。
本发明的技术方案是：
一种短管的电子束偏转焊接方法，具体步骤如下：
1)清洗
在组件装配前，组件短管和筒体分别采用丙酮清洗；
2)装配定位
清洗完成后，进行组件装配，短管装配于电子束焊接工装后，采用氩弧焊进行定位，表面对称施焊两点定位，不添加焊丝，焊点宽度2～3mm；
3)真空电子束焊
焊接过程中采用电子束偏转焊接，焊接过程中组件保持不动，电子束流沿焊缝轨迹移动，添加三角波摆动，焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，电子束焊接工装包括底座、筒体定位槽、压板、螺母、螺钉、定位销、定位架，具体结构如下：
底座上设置筒体定位槽、压板和定位架，定位槽与筒体的底部相对应，筒体的底部通过定位槽定位，压板通过压紧筒体下部的台阶面，使筒体底部固定于定位槽；定位架位于筒体内侧，在定位架上的孔中安装定位销，短管套在定位销的一端，短管通过定位销设置于筒体的短管焊接孔，定位销伸出筒体的一端通过螺纹安装螺母，螺母与定位销配合使短管定位于筒体的短管焊接孔处，定位销通过螺钉锁紧于定位架上。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，电子束偏转焊接的偏转角度为2°～5°。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，焊接过程中同时严格控制起弧、焊接、收弧的角度：起弧5°、焊接370°、收弧180°。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，焊接过程中要严格控制焊接参数，电子束焊接工艺参数如下：
加速电压150Kv，聚焦电流2520mA、2563mA、2535mA或2380mA，扫描波形：三角波，扫描频率50Hz，扫描幅值0.5mm，焊接速度8mm/s，焊接束流2.6mA。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，焊后进行检查：短管电子束焊接完成后，采用目视检查、无损检测和三坐标测量。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，目视检查检查焊缝表面质量，要求符合相关的标准要求；无损检测包括X光检查和渗透检查，X光主要检查焊缝内部缺陷，渗透主要检查焊缝表面缺陷；三坐标测量测量短管位置度，满足设计图纸要求。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，筒体上的孔处分别焊接短管，筒体和短管焊接组件的材料均为GH536，焊接厚度：1.2mm，焊接接头要求：II类焊缝。
所述的短管的电子束偏转焊接方法，组件焊接加工完成后一起进行真空热处理：在真空条件下，加热980℃±10℃，保温时间1小时，空冷。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过短管的真空电子束焊接工艺路线、焊接工装、焊接工艺参数及焊缝成型控制技术，采用电子束偏转焊接短管，焊接过程稳定可控，焊缝表面质量好，提高了焊缝的质量。
2、本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管的定位及位置度问题，有效控制了接头的间隙和错位。
3、本发明短管的焊接结构特殊，焊后采用X光检查焊缝质量，焊缝一次性合格率高。
4、本发明焊缝较多，焊接后组件变形小。
5、本发明采用电子束快速扫描技术，实现电子束流的偏转焊接，焊接过程中，零件保持静止，电子束流沿焊缝轨迹移动，形成焊缝，从而获得外观质量优良的焊缝。
6、本发明对于短管的焊接，采用真空电子束偏转焊接可以解决短管与筒体的连接问题，增加了接头的强度，提高了焊缝的质量，简化了焊接工艺，具有很好的应用前景。
7、本发明采用电子束偏转焊接，待焊零件固定不动，电子束沿焊缝轨迹进行移动，同时加入焊缝摆动，可以有效提高焊缝的成型质量。
8、本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管的焊接定位问题，有效控制了接头的间隙和错位。由于焊接时热输入小、焊接速度快、焊接过程稳定、焊缝质量高，可以满足设计及生产的要求。此技术先期设备投入较大，前期需做大量焊接试验确定焊接工艺参数，同时对零件的工装要求较高。
附图说明
图l-图2为本发明短管焊接组件示意图。其中，图1为短管焊接组件之一；图2为短管焊接组件之二。图中，1筒体；2短管。
图3为本发明电子束焊接工装示意图。图中，1筒体；3底座；4筒体定位槽；5压板；6螺母；7螺钉；8定位销；9定位架。
图4为本发明电子束焊接放大示意图。图中，1筒体；2短管。
具体实施方式
如图1-图2所示，筒体1上的孔处分别焊接短管2，两种筒体1和短管2焊接组件的材料均为GH536，焊接厚度：1.2mm，焊接接头要求：II类焊缝。
如图3所示，本发明电子束焊接工装主要包括：底座3、筒体定位槽4、压板5、螺母6、螺钉7、定位销8、定位架9等，具体结构如下：
底座3上设置筒体定位槽4、压板5和定位架9，定位槽4与筒体1的底部相对应，筒体1的底部通过定位槽4定位，压板5通过压紧筒体1下部的台阶面，使筒体1底部固定于定位槽4；定位架9位于筒体1内侧，在定位架9上的孔中安装定位销8，短管2套在定位销8的一端，短管2通过定位销8设置于筒体1的短管焊接孔，定位销8伸出筒体1的一端通过螺纹安装螺母6，螺母6与定位销8配合使短管2定位于筒体1的短管焊接孔处，定位销8通过螺钉7锁紧于定位架9上。
采用本发明真空电子束焊接方法，短管电子束焊接工艺路线如下：
1)清洗
在组件装配前，组件采用丙酮清洗。
2)装配定位
清洗完成后，进行组件装配，短管装配后，检查焊缝间隙和错位，要求间隙小于0.06mm、错位小于0.1mm。对于间隙小于0.06mm、错位小于0.1mm的短管可直接进行电子束焊接，对于间隙和错位超出要求的短管可采用氩弧焊进行定位，表面对称施焊两点定位，不添加焊丝，焊点宽度2～3mm。
3)真空电子束焊
由于短管直径较小，焊接过程中采用电子束偏转焊接，焊接过程中组件保持不动，电子束流沿焊缝轨迹移动，添加三角波摆动，焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。
如图4所示，在筒体1上的孔处焊接短管2。由于短管的特殊结构，焊接过程中要严格控制焊接速度、电流等焊接参数，同时严格控制起弧、焊接、收弧的角度：起弧5°、焊接370°、收弧180°。
表1短管电子束焊接工艺参数
采用表1中的电子束焊接工艺参数对短管2进行焊接，焊后焊缝表面光洁，短管2圆滑过渡到筒体1母材上，无焊接缺陷，焊缝背面成型较好，完全熔透，无未熔合、未焊透、烧穿等缺陷，焊缝表面平整，无塌陷、凹坑、咬边、气孔等缺陷，无需进行修饰焊。焊接其余短管时采用对称焊接，能够有效控制筒体1的焊接变形。
4)焊后检查
短管电子束焊接完成后，主要采用目视检查、无损检测和三坐标测量。目视检查主要检查焊缝表面质量，要求符合相关的标准要求。无损检测包括X光检查和渗透检查，X光主要检查焊缝内部缺陷，渗透主要检查焊缝表面缺陷。三坐标测量主要测量短管位置度。
5)真空热处理
组件焊接加工完成后一起进行真空热处理，在真空条件下，加热980℃±10℃，保温时间1小时，空冷。
采用本发明真空电子束焊接方法，该技术的创新点如下：
1)组件的装配：由于采用了专用的电子束焊接工装，短管采用专用的定位销定位，保证了短管的位置度，有利于控制焊接处的间隙和错位。装配后，间隙和错位超出要求的短管采用氩弧焊进行定位，焊点两个，对称施焊，不添加焊丝。
2)焊接程序：焊接过程中，组件保持不动，电子束偏转一定的角度（2°～5°），同时添加波形，实现接头的电子束焊接。
3)电子束焊接参数：严格控制焊接电流，实现了薄件的电子束焊接，焊接时严格控制焊接起弧、焊接、收弧的角度，保证了焊缝的成型质量，取消了电子束修饰焊，减少了能量的输入，同时也减小了零件的焊接变形。
实施例结果表明，采用本发明真空电子束焊接方法，解决了以下技术问题：
1)由于真空电子束焊接对焊缝表面质量要求较高，需要对焊缝进行清理，以减少焊接过程中产生的缺陷。确定了组件的焊接工艺路线：清洗→装配定位→真空电子束焊→焊后检查→真空热处理；
2)由于短管的结构特殊，对焊缝质量要求较高，确定了短管的真空电子束焊接工艺参数；
3)由于对接头间隙错位要求严格，同时对短管的位置度要求较高，设计制造了四套专用的真空电子束焊接工装；
4)控制电子束焊接能量输入，优化了焊接参数，在不进行修饰焊的情况下，获得良好的焊缝正反面成型；
5)采用电子束偏转焊接技术。
实施例结果表明，采用本发明真空电子束焊接方法，所带来的有益效果是：
1)真空电子束焊接过程稳定可控，焊接参数可以精确调整，焊接重复性好；
2)真空环境下焊接，焊缝缺陷少、质量高、一致性好；
3)接头强度高，焊缝成型好；
4)焊接过程简单、快捷，适合批量生产。
Claims (9)
1.一种短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)清洗
在组件装配前，组件短管和筒体分别采用丙酮清洗；
2)装配定位
清洗完成后，进行组件装配，短管装配于电子束焊接工装后，采用氩弧焊进行定位，表面对称施焊两点定位，不添加焊丝，焊点宽度2～3mm；
3)真空电子束焊
焊接过程中采用电子束偏转焊接，焊接过程中组件保持不动，电子束流沿焊缝轨迹移动，添加三角波摆动，焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。
2.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，电子束焊接工装包括底座、筒体定位槽、压板、螺母、螺钉、定位销、定位架，具体结构如下：
底座上设置筒体定位槽、压板和定位架，定位槽与筒体的底部相对应，筒体的底部通过定位槽定位，压板通过压紧筒体下部的台阶面，使筒体底部固定于定位槽；定位架位于筒体内侧，在定位架上的孔中安装定位销，短管套在定位销的一端，短管通过定位销设置于筒体的短管焊接孔，定位销伸出筒体的一端通过螺纹安装螺母，螺母与定位销配合使短管定位于筒体的短管焊接孔处，定位销通过螺钉锁紧于定位架上。
3.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，电子束偏转焊接的偏转角度为2°～5°。
4.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，焊接过程中同时严格控制起弧、焊接、收弧的角度：起弧5°、焊接370°、收弧180°。
5.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，焊接过程中要严格控制焊接参数，电子束焊接工艺参数如下：
加速电压150Kv，聚焦电流2520mA、2563mA、2535mA或2380mA，扫描波形：三角波，扫描频率50Hz，扫描幅值0.5mm，焊接速度8mm/s，焊接束流2.6mA。
6.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，焊后进行检查：短管电子束焊接完成后，采用目视检查、无损检测和三坐标测量。
7.按照权利要求6所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，目视检查检查焊缝表面质量，要求符合相关的标准要求；无损检测包括X光检查和渗透检查，X光主要检查焊缝内部缺陷，渗透主要检查焊缝表面缺陷；三坐标测量测量短管位置度，满足设计图纸要求。
8.按照权利要求1所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，筒体上的孔处分别焊接短管，筒体和短管焊接组件的材料均为GH536，焊接厚度：1.2mm，焊接接头要求：II类焊缝。
9.按照权利要求8所述的短管的电子束偏转焊接方法，其特征在于，组件焊接加工完成后一起进行真空热处理：在真空条件下，加热980℃±10℃，保温时间1小时，空冷。
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