CN105312759B - 喷嘴电子束焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷嘴电子束焊接方法，包括步骤：将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配；将完成装配的待焊接喷嘴安装到焊接夹具上，设定待焊接喷嘴轴向与水平方向呈夹角设置；将安装到焊接夹具上的待焊接喷嘴送入真空室，确定电子束发射枪和待焊接喷嘴的焊接处呈直角设置，利用工作台的X轴和Y轴联动来完成待焊接喷嘴的焊接。本发明有效增加了焊缝成型金属量，避免焊缝出现外观缺陷；电子束焊过程中不使用填充金属，避免了外来填充金属造成焊缝内部质量差，堵塞喷嘴的风险；控制电子束焊过程束流上升、下降角度来控制焊接热输入，减小焊接变形；通过驱动数控机床的X轴和Y轴联动来实现圆形的焊接轨迹，加工效率高。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别地，涉及一种喷嘴电子束焊接方法。
背景技术
发动机承力机匣30上的滑油喷嘴10和应急喷嘴20，如图1和图2所示，为高3.5mm、外径φ4.6、喷嘴孔径分别为φ0.85和φ1.15的细小喷嘴，采用焊接工艺连接在机匣30的内壁上，如图3、图4和图5所示。采用钨极氩弧焊焊接工艺时，其焊接电弧宽，热输入覆盖面积大，金属熔化区域广，在焊接细小喷嘴时，喷嘴受热后变形和熔化的面积大，易造成喷嘴孔变形甚至堵塞，影响喷嘴流量。采用真空钎焊工艺。真空钎焊使用的钎料在焊接过程中会熔化和铺展。这种特性使其在冷却凝固成型时，造成喷嘴孔堵塞，影响喷嘴流量。
因此，如何改善焊接工艺且满足待焊接喷嘴的流量要求，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种喷嘴电子束焊接方法，以改善焊接工艺且满足待焊接喷嘴的流量要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种喷嘴电子束焊接方法，包括步骤：
将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配；
将完成装配的待焊接喷嘴安装到焊接夹具上，设定待焊接喷嘴轴向与水平方向呈夹角设置；
将安装到焊接夹具上的待焊接喷嘴送入真空室，确定电子束发射枪和待焊接喷嘴的焊接处呈直角设置，利用工作台的X轴和Y轴联动来完成待焊接喷嘴的焊接。
进一步地，将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配的步骤前包括：
将待焊接喷嘴的凸台在原加工尺寸的基础上相应增加设定高度。
进一步地，设定高度为0.4-0.6mm。
进一步地，设定高度为0.5mm。
进一步地，将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配的步骤包括：
采用导管作为辅助工装，将待焊接喷嘴的凸台装入至导管孔内；
将待焊接喷嘴的底部对准机匣的底孔口部，敲击导管以使待焊接喷嘴装入到机匣内。
进一步地，将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配的步骤之后还包括：
利用设定直径的检测芯棒检测待焊接喷嘴的喷嘴孔与机匣的底孔的导通性。
进一步地，待焊接喷嘴轴向与水平方向的夹角设置成锐角。
进一步地，待焊接喷嘴轴向与水平方向的夹角设置成66°。
进一步地，在焊接过程中按设定的上升角度和下降角度控制电子束发射枪的电子焊接束流。
进一步地，上升角度为锐角，所述下降角度为钝角。
本发明具有以下有益效果：
1、利用电子束焊工艺能量密度高、热输入集中、焊接变形小的特点，有效增加了焊缝成型金属量，避免焊缝出现外观缺陷。
2、电子束焊过程中不使用填充金属，避免了外来填充金属造成焊缝内部质量差，堵塞喷嘴的风险。
3、控制电子束焊过程束流上升、下降角度来控制焊接热输入，减小焊接变形。
4、通过驱动数控机床的X轴和Y轴联动来实现圆形的焊接轨迹，加工效率高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术中主喷嘴的剖视图；
图2是现有技术中应急喷嘴的剖视图；
图3是现有技术中喷嘴焊接示意图；
图4是图3中沿L-L面的局部剖视图；
图5是图3中沿M-M面的局部剖视图；
图6是本发明喷嘴电子束焊接方法第一实施例的流程示意图；
图7是本发明喷嘴电子束焊接方法第二实施例的流程示意图；
图8是正常加工的喷嘴的剖视图；
图9是本发明喷嘴电子束焊接方法中用于电子束焊的喷嘴的剖视图；
图10是本发明喷嘴电子束焊接方法中电子束流上升和下降控制角度的示意图；
图11是本发明喷嘴电子束焊接方法中主喷嘴金相组织的解剖图；以及
图12是本发明喷嘴电子束焊接方法中应急嘴金相组织的解剖图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图6，本发明的优选实施例提供了一种喷嘴电子束焊接方法，包括步骤：
步骤S100、将待焊接喷嘴装入机匣内，完成待焊接喷嘴的装配。
由于待焊接喷嘴的尺寸太小，而且与机匣的底孔的配合为过盈配合，为此采用一根直径为φ4mm的导管作为辅助工装，将喷嘴前端的凸台装入导管孔内，然后将待焊接喷嘴底部对准机匣的底孔口部，轻轻敲击导管，将待焊接喷嘴顺利装入机匣的底孔内。用直径为φ0.8mm的检测芯棒检查待焊接喷嘴的喷嘴孔与机匣的底孔的导通性，以确保待焊接喷嘴的喷嘴孔与机匣的底孔上的流道连通。
步骤S200、将完成装配的待焊接喷嘴安装到焊接夹具上，设定待焊接喷嘴轴向与水平方向呈夹角设置。
将完成装配的待焊接喷嘴安装到焊接夹具上，使装配好的待焊接喷嘴轴向与水平方向成锐角设置，在本实施例中，待焊接喷嘴轴向与水平方向成66°，以保证待焊接喷嘴的焊接处与电子束发射枪保持垂直。
步骤S300、将安装到焊接夹具上的待焊接喷嘴送入真空室，确定电子束发射枪和待焊接喷嘴的焊接处呈直角设置，利用工作台的X轴和Y轴联动来完成待焊接喷嘴的焊接。
将安装到焊接夹具上的待焊接喷嘴送入真空室，确定电子束发射枪和待焊接喷嘴的焊接处呈直角设置，利用工作台的X轴Y轴联动来实现圆形的焊接轨迹，完成待焊接喷嘴的焊接。由于喷嘴尺寸小，焊缝表面成型要求高，因此焊缝熔深和熔宽不宜过大，在焊接过程中，采用表面焦点和小热输入的焊接参数来控制焊接变形，满足滑油的流量要求。
本实施例提出的喷嘴电子束焊接方法，利用电子束焊工艺能量密度高、热输入集中、焊接变形小的特点，有效增加了焊缝成型金属量，避免焊缝出现外观缺陷；电子束焊过程中不使用填充金属，避免了外来填充金属造成焊缝内部质量差，堵塞喷嘴的风险；通过驱动数控机床的X轴和Y轴联动来实现圆形的焊接轨迹，加工效率高。
进一步地，如图7所示，图7是本发明喷嘴电子束焊接方法第二实施例的流程示意图，在第一实施例的基础上，所述步骤S100之前包括：
步骤S100A、将待焊接喷嘴的凸台在原加工尺寸的基础上相应增加设定高度。
对待焊接喷嘴的尺寸进行工艺适应性调整，将待焊接喷嘴的凸台在原加工尺寸的基础上相应增加设定高度，设定高度可以为0.4-0.6mm，在优选的实施例中，将设定高度定为0.5mm。具体如图8和图9所示，其中，图8为正常加工的喷嘴的示意图，图9为本实施例中用于电子束焊加工的待焊接喷嘴的示意图。对改进后待焊接喷嘴进行流量试验，记录实测值。然后采用磁强仪检查承力机匣及待焊接喷嘴的磁通量，若满足焊接要求后，用丙酮清洗待焊接喷嘴和机匣待焊处，去除内外表面的油污及多余物。
本实施例提出的喷嘴电子束焊接方法，采用真空电子束焊工艺，焊缝是由待焊接喷嘴的母材熔化凝固后形成，在焊接前对待焊接喷嘴的尺寸进行工艺适应性调整，从而在焊接过程中，不需填加任何焊接填充材料，通过高压加速的电子束流轰击零件表面，动能迅速转化为热能，熔化零件，实现焊接过程。本实施例将待焊接喷嘴的凸台在原加工尺寸的基础上相应增加设定高度，增加了母材金属熔化量，利于焊缝成型，控制焊缝缺陷，又使其散热面积增加近10％，利于降低焊接热输入的影响。
进一步地，如图10所示，本实施例提供的喷嘴电子束焊接方法，还包括步骤：
步骤S400、在焊接过程中按设定的上升角度和下降角度控制电子束发射枪的电子焊接束流。
焊接时电子束的上升段越长，则对应的零件上焊缝的重叠部分越长。为保证束流上升段的焊缝也在电子束流峰值范围内，亦要采用峰值束流重复焊接，从而造成局部热输入多，焊接变形亦会增大。而当束流下降过快时，会造成焊接应力集中，甚至出现焊缝弧坑缺陷，因此束流下降距离要适当延长，使束流平稳的减小直至零。为了保证焊缝表面质量与熔深要求，需确定合适的焊接速度及电子束上升和下降时间。如图10所示，在焊接过程中按设定的上升角度和下降角度控制电子束发射枪的电子焊接束流。其中，上升角度为锐角、下降角度为钝角。在本实施例中，上升角度设定为45°，下降角度设置的135°。
本实施例提出的喷嘴电子束焊接方法，通过细化和缩短焊接时电子束的上升、下降的角度，以控制焊接束流的输入路径总量，从而实现降低焊接热输入、减小焊接应力、保证焊缝外观成型且避免喷嘴变形。
进一步地，本实施例提出的喷嘴电子束焊接方法，还包括步骤：
步骤S500、外观检查和流量试验。
焊接完毕后，将焊接完毕的喷嘴在真空室静置40秒后，真空室通空气、开仓后，从焊接夹具上取下焊接完毕的喷嘴，进行外观检查。目视检查焊缝外观质量光滑完成，无外观缺陷。后将喷嘴进行喷嘴流量及流向试验，若焊接后测得流量值与喷嘴未焊前测得的流量值没有发生变化，则流量检测合格，而流向试验亦满足设计图样要求时，则焊接完毕的喷嘴合格。
步骤S600、金相解剖检查。
为进一步验证焊缝变形情况，对焊接完毕的喷嘴进行金相解剖检查。通过金相解剖检查焊缝内部未见焊接缺陷，其焊缝内部质量合格，喷嘴变形控制良好，焊缝熔深满足强度要求。喷嘴孔未见明显变形。如图11和图12所示，经测量主喷嘴焊缝熔深0.8mm，应急喷嘴焊缝熔深0.65mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，包括步骤：
对待焊接喷嘴的尺寸进行工艺适应性调整，将待焊接喷嘴的凸台在原加工尺寸的基础上沿所述待焊接喷嘴轴向相应增加设定高度；
采用导管作为辅助工装，将喷嘴的凸台装入导管孔内；
将待焊接喷嘴底部对准机匣的底孔口部，敲击导管，将待焊接喷嘴装入机匣的底孔内，所述待焊接喷嘴的所述凸台的外壁与所述机匣的底孔的配合为过盈配合；
将完成装配的所述待焊接喷嘴安装到焊接夹具上，设定所述待焊接喷嘴轴向与水平方向呈锐角设置；
将安装到焊接夹具上的所述待焊接喷嘴送入真空室，确定电子束发射枪和所述待焊接喷嘴的焊接处呈直角设置，利用工作台的X轴和Y轴联动来完成待焊接喷嘴的焊接。
2.根据权利要求1所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
所述设定高度为0.4-0.6mm。
3.根据权利要求1所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
所述设定高度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
将待焊接喷嘴装入机匣内，完成所述待焊接喷嘴的装配的步骤之后还包括：
利用设定直径的检测芯棒检测所述待焊接喷嘴的喷嘴孔与所述机匣的底孔的导通性。
5.根据权利要求4所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
所述待焊接喷嘴轴向与水平方向的夹角设置成66°。
6.根据权利要求4所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
在焊接过程中按设定的上升角度和下降角度控制所述电子束发射枪的电子焊接束流。
7.根据权利要求6所述的喷嘴电子束焊接方法，其特征在于，
所述上升角度为锐角，所述下降角度为钝角。
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