CN104858542A - 针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法。其采用整体装配一次装卡的方法完成所有舱段的焊接，选用合理的焊接顺序和焊接参数，控制焊接变形及焊缝质量，克服了产品整体刚性差、焊接变形难以控制等技术难点。该方案实现了薄壁钛合金箱体单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接接头，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求；并且箱体多段拼焊后满足圆柱度小于1.0mm-1.5mm、同轴度小于2mm-3mm的外形精度要求，同时箱体液压强度、气密强度满足产品使用需求。

Description

针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法。
背景技术
钛合金由于其比强度、比刚度高，抗氧化、耐腐蚀性能好，加工、成形、焊接性良好，目前已广泛应用于航空、航天飞行器等重要结构件，焊接作为钛合金加工的重要手段，有着提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本、满足气密要求等方面的优势，成为一种必不可少的连接方法。如图1所示，在航空航天飞行器装备中，针对多舱段薄壁钛合金箱体结构提出较高的要求，既要保证焊接质量又要满足结构件的气密强度、整体外形精度要求。传统的自动氩弧焊接技术虽然能够保证箱体结构的强度要求，但是其焊接变形相对较大；同时针对多舱段箱体结构的焊接，通常采用逐段对接多次装夹多次焊接的方法，从而导致误差累积，很难达到箱体外形精度的要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种新型焊接装配方法和工艺技术，要求其能够解决多舱段薄壁钛合金箱体结构的焊接难点，保证焊缝质量、外形精度、强度气密试验满足相关要求。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1：设计工装；
用于焊接过程的外压卡环工装3设置为圆环形，并在环向圆周方向上均匀的开有多个U形口，在电子束焊接时选择在U形口处定位，实现一次进舱完成整圈焊缝的定位；同时该定位卡环工装3装配时用于同时卡紧相邻的两个待焊接零组件，用于防止零件定位时由于转动而产生待焊部位串动；并且通过同时压紧相邻的两个零组件，来控制零组件的装配阶差；
步骤S2：焊前准备；
步骤S201：对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，并将其置于低真空洁净环境中，在24小时内进行电子束焊接；
步骤S202：将各零组件对接处用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净；
步骤S3：装配工装；
步骤S301：在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体；采用环焊工装，在环焊工装前后端法兰盘上设置限位孔，对各零组件的相对位置进行限位；将所有舱段按照顺序依次装配到环焊工装上面，通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，并借助环焊工装轴心处的拉杆装置将各个零组件拧紧，保持同轴可旋转；
步骤S302：采用外压卡环工装3将待焊零组件焊缝位置固定；
步骤S4：电子束焊接；
步骤S401：将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中；首先对各零组件进行定位焊接，不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环焊缝最高点处定位焊，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点，定好位后转动工装约180°，同样在不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环缝另一侧的定位，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点；然后再转动环焊工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm～20mm，间距15mm～25mm，根据外压卡环工装的U形口大小，来调整定位焊长度和间距；
定位焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝2mA-5mA
焊接速度：V＝5mm/s-10mm/s
偏摆：X＝1.5mm-1.7mm；Y＝0mm；
步骤S402：定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm；将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，以不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用；
步骤S403：将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接；从箱体最高点开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点，环焊一周再次经过正式焊接点后再转过5°～10°时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时，焊接结束；
其中，薄壁钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝5mA-30mA
焊接速度：V＝5mm/s-20mm/s
偏摆：X＝0.3mm-0.8mm；Y＝0.3mm-0.8mm；
步骤S404：优化多舱段薄壁箱体结构的焊接顺序，以控制箱体的焊接变形，保证焊后箱体的尺寸精度；
若箱体仅有两至三个舱段进行连接，则可直接按照先焊较薄焊缝再焊较厚焊缝的顺序依次焊接；
若箱体为四个以上舱段进行多道环焊缝连接时，为了避免焊接变形积累，按照先焊两边再焊中间的原则；为了避免焊接热量积累，使相邻集中的焊缝分开焊接，同时根据焊缝的厚度来调整焊接顺序，从而控制焊接变形，保证箱体外表面结构精度；
步骤S405：正式焊接完毕之后，对每条环焊缝进行修饰焊接；针对此类中间舱无余量的电子束焊接，控制起弧、熄弧速度和位置，转动量与正式焊接相同；同样从箱体最高点开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点，环焊一周再次经过正式焊接点后再转过5°～10°时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时，焊接结束。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明提供一种针对多舱段薄壁(1.8mm-3mm)钛合金箱体(外径200mm-600mm)结构件的真空电子束焊接方法，其采用整体装配一次装卡的方法完成所有舱段的焊接，选用合理的焊接顺序和焊接参数，控制焊接变形及焊缝质量，克服了产品整体刚性差、焊接变形难以控制等技术难点。该方案实现了薄壁钛合金箱体单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接接头，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求；并且箱体多段拼焊后满足圆柱度小于1.0mm-1.5mm、同轴度小于2mm-3mm的外形精度要求，同时箱体液压强度、气密强度满足产品使用需求。
附图说明
图1为多舱段薄壁钛合金箱体结构示意简图；
图2为本发明图1中A处放大图；
图3为本发明图1中B处放大图；
图4为多舱段箱体结构的环焊工装示意图；
图5-1及图5-2为电子束定位焊接外压卡环工装示意图；
图6为不同内径的定位焊外压卡环工装示意图；
图7为焊接过程焊点示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法，如图1-图7所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1：设计工装；
多舱段薄壁钛合金箱体一般由多个零部组件经多条环焊缝焊接而成，各零组件之间有相对位置要求，同时对焊缝处的阶差以及同轴度要求也较高。以往的焊接方法通过对线装配保证各零组件相对位置，装配调整难度大，存在误差；且采用舱段逐段拼焊，焊接装置上缺少相应的限位装置，易造成多次装夹误差累积。
为实现多舱段薄壁钛合金箱体的一次装卡、整体焊接装配，同时保证零组件相对位置，避免零件在焊接转动过程中发生串动，对外压卡环工装进行了设计，如图5-1及图5-2所示。其中，1和2为两个待焊零组件，3为外压卡环工装，4为焊缝位置。用于焊接过程的外压卡环工装3设置为圆环形，并在环向圆周方向上均匀的开有多个U形口，在电子束焊接时选择在U形口处定位，实现一次进舱完成整圈焊缝的定位，从而减少了电子束进舱次数，大大提高了生产效率；同时该定位卡环工装3装配时用于同时卡紧相邻的两个待焊接零组件1和2，用于防止零件定位时由于转动而产生待焊部位串动；并且通过同时压紧相邻的两个零组件，来控制零组件的装配阶差，保证各舱段待焊部位错边不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm，保证焊缝质量；
步骤S2：焊前准备；
步骤S201：对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质等，并将其置于低真空洁净环境中，保证在24小时内进行电子束焊接；
步骤S202：将各零组件对接处(尤其是对接端面)用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净，不允许有油污、手印、线头、杂质等；
步骤S3：装配工装；
步骤S301：在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体；采用环焊工装，如图4所示，在环焊工装前后端法兰盘上设置限位孔，对各零组件的相对位置进行限位；将所有舱段按照顺序依次装配到环焊工装上面，通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，并借助环焊工装轴心处的拉杆装置将各个零组件拧紧，保持同轴可旋转，拧紧过程保证各零组件的装配间隙不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm；通过此种方法，多舱段箱体结构的焊接由原先的进舱4～5次缩短成了一次电子束焊接，大大提高了效率，并保证了箱体同轴度要求；
步骤S302：采用外压卡环工装3将待焊零组件焊缝位置固定；
步骤S203：针对不同外径的箱体结构，对外压卡环工装3进行适当调整，如图6所示，外压卡环工装可随着箱体直径(200mm-600mm)的改变而稍作改动，该类型工装适用于多种不同直径舱体结构的焊接；
步骤S4：电子束焊接；
步骤S401：将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中；首先对各零组件进行定位焊接，不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环焊缝最高点处定位焊，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点，定好位后缓慢转动工装约180°，同样在不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环缝另一侧的定位，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点；然后再转动环焊工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm～20mm，间距15mm～25mm，可根据定位焊接外压卡环工装的U形口大小，适当调整定位焊长度和间距；
定位焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝2mA-5mA
焊接速度：V＝5mm/s-10mm/s
偏摆：X＝1.5mm-1.7mm；Y＝0mm；
步骤S402：定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm；将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，以不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用；
步骤S403：如图7所示，将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接；从箱体最高点A开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点B，环焊一周再次经过正式焊接点B后再转过5°～10°到达C点时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时到达D点，焊接结束；此时通过控制熄弧速度、熄弧位置，来实现箱体结构的单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接，保证焊缝质量；
其中，薄壁钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝5mA-30mA
焊接速度：V＝5mm/s-20mm/s
偏摆：X＝0.3mm-0.8mm；Y＝0.3mm-0.8mm；
步骤S404：优化多舱段薄壁箱体结构的焊接顺序，以控制箱体的焊接变形，保证焊后箱体的尺寸精度；
若箱体仅有两至三个舱段进行连接，则可直接按照先焊较薄焊缝再焊较厚焊缝的顺序依次焊接；
若箱体为四个以上舱段进行多道环焊缝连接时，为了避免焊接变形积累，按照先焊两边再焊中间的原则；为了避免焊接热量积累，尽量使相邻集中的焊缝分开焊接，同时根据焊缝的厚度来调整焊接顺序，从而控制焊接变形，保证箱体外表面结构精度；
步骤S405：正式焊接完毕之后，对每条环焊缝进行修饰焊接；针对此类中间舱无余量的电子束焊接，控制起弧、熄弧速度和位置，转动量与正式焊接相同；同样从箱体最高点A开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点B，环焊一周再次经过正式焊接点B后再转过5°～10°到达C点时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时到达D点，焊接结束。
即修饰焊起点尽量与正式焊接的起点错开40mm～100mm，修饰焊接终点注意控制熄弧速度和熄弧位置；
步骤S5：焊后质量检查
步骤S501：对箱体同轴度和圆柱度进行检查，保证箱体结构的圆柱度和同轴度要求；
步骤S502：焊后对焊缝质量进行外观检查，保证焊缝背面无飞溅、不损伤内部零组件，焊缝无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷；
步骤S503：焊后对焊缝质量进行X射线检测，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求；
步骤S504：对多舱段箱体密闭结构进行液压强度、气密强度试验。
下面结合具体实施例来详细描述本发明。
实施例1
针对一种六舱段五条环焊缝的薄壁(2mm)钛合金箱体(外径480mm)对接焊缝结构，全长4560mm的电子束焊接方法。
步骤一：焊前准备
(1)对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质等，并将其置于低真空洁净环境中，保证在24h内进行电子束焊接。
(2)将各零组件对接处(尤其是对接端面)用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净，不允许有油污、手印、线头、杂质等。
步骤二：装配工装
(1)在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体。
(2)采用图4的环焊工装和图5的外压卡环工装将各零组件进行装配，通过工装上的限位装置固定零件相对位置，同时通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，通过转动工装上的拉杆保证各舱段对接间隙不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm，通过外压卡环保证各零组件待焊部位错边不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm。
步骤三：电子束焊接
(1)将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中。首先对各零组件进行定位焊接，仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环焊缝最高点处定位焊(定位焊缝长度约为10mm，每条焊缝定一点)，定好位后缓慢转动工装约180°，同样仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环缝另一侧的定位(定位焊缝长度约为10mm，每条焊缝定一点)。然后再转动工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm，间距20mm。
(2)定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、保证焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm。将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，保证不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用。
(3)将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接。采用合理的焊接参数，从箱体最高点开始缓慢起弧，最终环焊一周后回到初始点，此时注意控制熄弧速度、熄弧位置，实现箱体结构的单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接，保证焊缝质量。
薄壁(2mm)钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数见表1：
表1 2mm厚对接钛合金箱体结构电子束焊接工艺参数
(4)优化多舱段焊缝的焊接顺序，针对多舱段弱刚性壳体焊缝(五条)情况，按照I→II→IV→III→V的顺序对每道焊缝进行焊接，控制焊接变形。
(5)正式焊接完毕之后，对每条环焊焊缝进行修饰焊接。针对此类中间舱段无余量的电子束焊接，修饰焊起点尽量与正式焊接的起点错开50mm，修饰焊接终点注意控制熄弧速度和熄弧位置。
步骤四：焊后质量检查
(1)对箱体同轴度和圆柱度进行检查，保证箱体结构的圆柱度小于1.2mm和同轴度小于2mm要求。
(2)焊后对焊缝质量进行外观检查，保证焊缝背面无飞溅、不损伤内部零组件，焊缝无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷。
(3)焊后对焊缝质量进行X射线检测，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求。
(4)对多舱段箱体密闭结构进行液压强度、气密强度试验，其中液压强度达到0.9MPa时保压15min无渗漏，气密强度达到0.5MPa时保压30min无渗漏。
实施例2
针对一种四舱段三条环焊缝的薄壁(3mm)钛合金箱体(外径600mm)对接焊缝结构，全长3500mm的电子束焊接方法。
步骤一：焊前准备
(1)对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质等，并将其置于低真空洁净环境中，保证在24h内进行电子束焊接。
(2)将各零组件对接处(尤其是对接端面)用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净，不允许有油污、手印、线头、杂质等。
步骤二：装配工装
(1)在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体。
(2)采用图4的环焊工装()和图6的外压卡环工装将各零组件进行装配，通过工装上的限位装置固定零件相对位置，同时通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，通过转动工装上的拉杆保证各舱段对接间隙不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm，通过外压卡环保证各零组件待焊部位错边不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm。
步骤三：电子束焊接
(1)将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中。首先对各零组件进行定位焊接，仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环焊缝最高点处定位焊(定位焊缝长度约为10mm，每条焊缝定一点)，定好位后缓慢转动工装约180°，同样仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环缝另一侧的定位(定位焊缝长度约为10mm，每条焊缝定一点)。然后再转动工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约15mm，间距25mm。
(2)定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、保证焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm。将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，保证不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用。
(3)将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接。采用合理的焊接参数，从箱体最高点开始缓慢起弧，最终环焊一周后回到初始点，此时注意控制熄弧速度、熄弧位置，实现箱体结构的单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接，保证焊缝质量。
薄壁(3mm)钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数见表2：
表2 3mm厚对接钛合金箱体结构电子束焊接工艺参数
(4)优化多舱段焊缝的焊接顺序，针对四舱段弱刚性壳体三条焊缝情况，按照I→II→III的顺序对每道焊缝进行焊接，控制焊接变形。
(5)正式焊接完毕之后，对每条环焊焊缝进行修饰焊接。针对此类中间舱段无余量的电子束焊接，修饰焊起点尽量与正式焊接的起点错开100mm，修饰焊接终点注意控制熄弧速度和熄弧位置。
步骤四：焊后质量检查
(1)对箱体同轴度和圆柱度进行检查，保证箱体结构的圆柱度小于1.5mm和同轴度小于2.5mm要求。
(2)焊后对焊缝质量进行外观检查，保证焊缝背面无飞溅、不损伤内部零组件，焊缝无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷。
(3)焊后对焊缝质量进行X射线检测，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求。
(4)对多舱段箱体密闭结构进行液压强度、气密强度试验，其中液压强度达到0.8MPa时保压10min无渗漏，气密强度达到0.6MPa时保压15min无渗漏。
实施例3
针对一种两舱段一条环焊缝的薄壁(1.8mm)钛合金箱体(外径400mm)锁底结构，全长1500mm的电子束焊接方法。
(1)对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质等，并将其置于低真空洁净环境中，保证在24h内进行电子束焊接。
(2)将各零组件对接处(尤其是对接端面)用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净，不允许有油污、手印、线头、杂质等。
步骤二：装配工装
(1)在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体。
(2)采用图4的的环焊工装和图5的外压卡环工装将各零组件进行装配，由于该舱段结构总长较短，在电子束焊舱中可容纳多个舱段同时焊接，因此将5个该舱段的零组件依次装配到环焊工装上，通过工装上的限位装置固定零件相对位置，同时通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，通过转动工装上的拉杆保证各舱段对接间隙不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm，通过外压卡环保证各零组件待焊部位错边不大于0.1mm，局部(任意100mm范围内长度不大于30mm)不大于0.15mm。
步骤三：电子束焊接
(1)将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中。首先对各零组件进行定位焊接，仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环焊缝最高点处定位焊(定位焊缝长度约为8mm，每条焊缝定一点)，定好位后缓慢转动工装约180°，同样仅通过工作台的水平移动(工装不转动)实现对所有环缝另一侧的定位(定位焊缝长度约为8mm，每条焊缝定一点)。然后再转动工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm，间距20mm。
(2)定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、保证焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm。将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，保证不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用。
(3)将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接。采用合理的焊接参数，从箱体最高点开始缓慢起弧，最终环焊一周后回到初始点，此时注意控制熄弧速度、熄弧位置，实现箱体结构的单面焊双面成形、背面无飞溅的焊接，保证焊缝质量。
锁底(1.8mm+2.8mm)钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数见表3：
表3 锁底(1.8mm+2.8mm)钛合金箱体结构电子束焊接工艺参数
(4)优化多舱段焊缝的焊接顺序，针对四舱段弱刚性壳体三条焊缝情况，按照I→II→I→II→I→II→I→II→I→II的循环顺序对每道焊缝进行焊接，控制焊接变形。
(5)正式焊接完毕之后，对每条环焊焊缝进行修饰焊接。针对此类中间舱段无余量的电子束焊接，修饰焊起点尽量与正式焊接的起点错开60mm，修饰焊接终点注意控制熄弧速度和熄弧位置。
步骤四：焊后质量检查
(1)对箱体同轴度和圆柱度进行检查，保证箱体结构的圆柱度小于1.0mm和同轴度小于2mm要求。
(2)焊后对焊缝质量进行外观检查，保证焊缝背面无飞溅、不损伤内部零组件，焊缝无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷。
(3)焊后对焊缝质量进行X射线检测，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A—2005《电子束焊接》I级要求。
(4)对多舱段箱体密闭结构进行液压强度、气密强度试验，其中液压强度达到2.5MPa时保压5min无渗漏，气密强度达到0.9MPa时保压30min无渗漏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S1：设计工装；
用于焊接过程的外压卡环工装(3)设置为圆环形，并在环向圆周方向上均匀的开有多个U形口，在电子束焊接时选择在U形口处定位，实现一次进舱完成整圈焊缝的定位；同时该定位卡环工装(3)装配时用于同时卡紧相邻的两个待焊接零组件，用于防止零件定位时由于转动而产生待焊部位串动；并且通过同时压紧相邻的两个零组件，来控制零组件的装配阶差；
步骤S2：焊前准备；
步骤S201：对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，并将其置于低真空洁净环境中，在24小时内进行电子束焊接；
步骤S202：将各零组件对接处用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净；
步骤S3：装配工装；
步骤S301：在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体；采用环焊工装，在环焊工装前后端法兰盘上设置限位孔，对各零组件的相对位置进行限位；将所有舱段按照顺序依次装配到环焊工装上面，通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，并借助环焊工装轴心处的拉杆装置将各个零组件拧紧，保持同轴可旋转；
步骤S302：采用外压卡环工装(3)将待焊零组件焊缝位置固定；
步骤S4：电子束焊接；
步骤S401：将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中；首先对各零组件进行定位焊接，不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环焊缝最高点处定位焊，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点，定好位后转动工装约180°，同样在不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环缝另一侧的定位，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点；然后再转动环焊工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm～20mm，间距15mm～25mm，根据外压卡环工装的U形口大小，来调整定位焊长度和间距；
定位焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝2mA-5mA
焊接速度：V＝5mm/s-10mm/s
偏摆：X＝1.5mm-1.7mm；Y＝0mm；
步骤S402：定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm；将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，以不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用；
步骤S403：将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接；从箱体最高点开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点，环焊一周再次经过正式焊接点后再转过5°～10°时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时，焊接结束；
其中，薄壁钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数为：
加速电压：Ub＝130Kv-150Kv
聚焦电流：Ic＝2210mA-2260mA
电子束流：Ib＝5mA-30mA
焊接速度：V＝5mm/s-20mm/s
偏摆：X＝0.3mm-0.8mm；Y＝0.3mm-0.8mm；
步骤S404：优化多舱段薄壁箱体结构的焊接顺序，以控制箱体的焊接变形，保证焊后箱体的尺寸精度；
若箱体仅有两至三个舱段进行连接，则可直接按照先焊较薄焊缝再焊较厚焊缝的顺序依次焊接；
若箱体为四个以上舱段进行多道环焊缝连接时，为了避免焊接变形积累，按照先焊两边再焊中间的原则；为了避免焊接热量积累，使相邻集中的焊缝分开焊接，同时根据焊缝的厚度来调整焊接顺序，从而控制焊接变形，保证箱体外表面结构精度；
步骤S405：正式焊接完毕之后，对每条环焊缝进行修饰焊接；针对此类中间舱无余量的电子束焊接，控制起弧、熄弧速度和位置，转动量与正式焊接相同；同样从箱体最高点开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点，环焊一周再次经过正式焊接点后再转过5°～10°时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时，焊接结束。
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