CN106392292A - 一种薄壁零件的电子束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄壁零件的电子束焊接方法，通过利用合理的焊接束流和电子束偏摆扫描技术，保证焊缝宽度控制在一定范围内，同时利用合理的轴类工装固定膜盘组件，控制焊接变形；其次在焊接束流一定的情况下，控制扫描幅值，保证接头热影响区宽度，焊接后通过热处理，保证接头的强度和硬度。本发明将零件间隙控制在0.05mm之内，保证了零件的焊缝质量；焊接后对零件利用时效处理，这种方法既保证了焊缝的强度，又保证了零件热影响区的硬度值。

Description

一种薄壁零件的电子束焊接方法
技术领域
本发明涉及一种电子束焊接方法，尤其是一种薄壁零件的电子束焊接方法。
背景技术
电子束焊接方法是一种新型的焊接方式，但对于薄壁零件的电子束焊接，主要难点在于电子束焊接变形控制，接头强度的保证，焊缝质量的提高。航空发动机中的薄壁动力传动轴或联轴器组件，主要由法兰盘与膜盘，膜盘与膜盘，膜盘与端盖，端盖与薄壁轴共四部分通过电子束焊接形成，其中法兰盘与膜盘和膜盘与端盖的接头相同，采用的基体材料为低碳低合金齿轮钢和高合金超高强马氏体时效钢。该零件的电子束焊接接头要求严格，接头焊后接头无机加工序，膜盘焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48，接头强度达到基体强度的85％以上，尤其要求两膜盘间的接头强度达到基体强度的90％以上，而焊缝单个缺陷直径不能超过0.2mm，且只能有一个。现有的电子束焊接方法的步骤为：
对零件和夹具进行焊前退磁、彻底擦拭后进行装配，装配间隙为0.05mm～0.10mm；然后将零件装配到夹具上进行电子束焊接，各个位置的焊接参数为，法兰盘与膜盘：电子束流15mA、焊接速度25mm/s；膜盘与膜盘：电子束流3.5mA、焊接速度35mm/s；端盖与薄壁轴：电子束流10mA、焊接速度25mm/s。然而这种方法在电子束焊接过程中焊接变形难以控制，焊缝根部和表面缺陷尤其是焊接气孔很难满足设计要求，零件焊后变形大，满足不了精度和质量要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁零件的电子束焊接方法，可以有效的控制焊接变形，焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48，且电子束焊接接头的力学性能甚至达到基体强度的85％以上。一种薄壁零件的电子束焊接方法。
本发明的技术解决方案如下：
(1)清理：用油石或180#砂纸对零件表面进行清理，清理后用丙酮或酒精擦拭干净，然后将零件安装在夹具上；
(2)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(3)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮或酒精擦拭干净；
(4)零件装配：在干净的无污染的环境下进行零件的装配，配合间隙小于0.05mm，并在内腔涂抹止焊剂；
(5)再清理：零件装配合格后，再用绸布蘸丙酮或酒精擦拭待焊表面；
(6)零件入炉：将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中，保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直，以防止产生偏移和咬边；
(7)电子束对中：打点检查电子束对中，防止焊偏或焊不上；
(8)抽真空：真空室的压强低于1×10-2Pa；
(9)封焊：对薄壁零件进行封焊，相当于定位焊，沿圆周均布定位三处，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3±1.0mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(10)电子束焊：对薄壁零件进行焊全缝，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3.5～14mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(11)泄真空：焊接结束后，至少保持5min，然后向真空室充气；
(12)焊后清理：清理焊缝表面飞溅，用干净白绸布擦净零件表面变色层；
(13)焊后时效处理：焊后8小时内对零件进行时效处理，温度为130～485℃，保温4～24小时；
(14)检验：对零件进行磁粉、X光和工业CT检查，要求零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；缺陷尺寸不大于0.2mm；
(15)喷丸：对零件周向进行喷丸，喷丸强度为0.006/0.008英寸，覆盖率为200％；
(16)最终检验：进行金相、硬度、强度检查，要求无影响性能的组织存在，且焊缝热影响区的硬度值不低于HRC48、焊缝的拉伸强度达到基体强度的90％。
本发明利用电子束焊接夹具控制薄壁零件的变形；其次是膜盘结构特殊，它是利用两个相同的膜盘焊接在一起形成的空心结构，在内腔涂抹止焊剂，防止零件内腔由于束流影响而受到烧损，利用合理的热输入，在外焊道焊接的同时，内侧待焊部位也焊接上；由于零件壁薄，同时电子束穿过空心后，再次实施焊接，一次同时焊接两条焊缝，不允许进行二次焊接。本发明首先通过利用合理的焊接束流和电子束偏摆扫描技术，保证焊缝宽度控制在一定范围内，同时利用合理的轴类工装固定膜盘组件，控制焊接变形；其次在焊接束流一定的情况下，控制扫描幅值，保证接头热影响区宽度，焊接后通过热处理，保证接头的强度和硬度。
本发明将零件间隙控制在0.05mm之内，保证了零件的焊缝质量；焊接后对零件利用时效处理，这种方法既保证了焊缝的强度，又保证了零件热影响区的硬度值。
具体实施方式
一种薄壁零件的电子束焊接方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)清理：用油石或180#砂纸对零件表面进行清理，清理后用丙酮或酒精擦拭干净，然后将零件安装在夹具上；
(2)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(3)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮或酒精擦拭干净；
(4)零件装配：在干净的无污染的环境下进行零件的装配，配合间隙小于0.05mm，并在内腔涂抹止焊剂；
(5)再清理：零件装配合格后，再用绸布蘸丙酮或酒精擦拭待焊表面；
(6)零件入炉：将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中，保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直，以防止产生偏移和咬边；
(7)电子束对中：打点检查电子束对中，防止焊偏或焊不上；
(8)抽真空：真空室的压强低于1×10-2Pa；
(9)封焊：对薄壁零件进行封焊，相当于定位焊，沿圆周均布定位三处，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3±1.0mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(10)电子束焊：对薄壁零件进行焊全缝，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3.5～14mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(11)泄真空：焊接结束后，至少保持5min，然后向真空室充气；
(12)焊后清理：清理焊缝表面飞溅，用干净白绸布擦净零件表面变色层；
(13)焊后时效处理：焊后8小时内对零件进行时效处理，温度为130～485℃，保温4～24小时；
(14)检验：对零件进行磁粉、X光和工业CT检查，要求零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；缺陷尺寸不大于0.2mm；
(15)喷丸：对零件周向进行喷丸，喷丸强度为0.006/0.008英寸，覆盖率为200％；
(16)最终检验：进行金相、硬度、强度检查，要求无影响性能的组织存在，且焊缝热影响区的硬度值不低于HRC48、焊缝的拉伸强度达到基体强度的90％。
实施例
一种航空发动机传动系统中的膜盘与膜盘之间的电子束焊接，基体材料为00Ni18Co8Mo5TiAl，厚度为1.9mm，内孔直径46mm，外径为112mm。焊后要求焊缝的强度达到基体强度90％以上，焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48，无损探伤达到要求的缺陷标准。
膜盘与膜盘电子束焊接的具体方法为：
(1)清理：用180#砂纸对零件表面进行清理，清理后用丙酮擦拭干净，然后将零件安装在夹具上；
(2)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度9×10-5T；
(3)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮擦拭干净；
(4)零件装配：在干净的无污染的环境下进行零件的装配，配合间隙为0.01mm，并在内腔涂抹止焊剂；
(5)再清理：零件装配合格后，再用绸布蘸丙酮擦拭待焊表面；
(6)零件入炉：将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中，保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直，以防止产生偏移和咬边；
(7)电子束对中：打点检查电子束对中，防止焊偏或焊不上；
(8)抽真空：真空室的压强低于1×10-2Pa；
(9)封焊：对薄壁膜盘进行封焊，相当于定位焊，沿圆周均布定位三处，具体参数为：
工作距离：350mm；
工作直径：112mm；
焊接速度：30mm/s；
聚焦束流：2285mA；
电子束流：3mA；
加速电压：140kv；
真空度：5×10-4mbar；
(10)电子束焊：对薄壁膜盘进行焊全缝，具体参数为：
工作距离：350mm；
工作直径：112mm；
焊接速度：30mm/s；
聚焦束流：2285mA；
电子束流：4.5mA；
加速电压：140kv；
真空度：5×10-4mbar；
(11)泄真空：焊接结束后，保持8min，然后向真空室充气；
(12)焊后清理：清理焊缝表面飞溅，用干净白绸布擦净零件表面变色层；
(13)焊后时效处理：焊后8小时内对零件进行处理，温度为480℃，保温4小时；
(14)检验：对零件进行磁粉、X光和工业CT检查，零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔，无缺陷；
(15)喷丸：对零件周向进行喷丸，喷丸强度为0.006英寸，覆盖率为200％；
(16)最终检验：进行金相、硬度、强度检查，结果为无影响性能的组织存在，且焊缝热影响区的硬度值为HRC50、焊缝的拉伸强度达到基体强度的95％。结论：合格。

Claims (1)

1.一种薄壁零件的电子束焊接方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
(1)清理：用油石或180#砂纸对零件表面进行清理，清理后用丙酮或酒精擦拭干净，然后将零件安装在夹具上；
(2)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(3)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮或酒精擦拭干净；
(4)零件装配：在干净的无污染的环境下进行零件的装配，配合间隙小于0.05mm，并在内腔涂抹止焊剂；
(5)再清理：零件装配合格后，再用绸布蘸丙酮或酒精擦拭待焊表面；
(6)零件入炉：将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中，保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直，以防止产生偏移和咬边；
(7)电子束对中：打点检查电子束对中，防止焊偏或焊不上；
(8)抽真空：真空室的压强低于1×10-2Pa；
(9)封焊：对薄壁零件进行封焊，相当于定位焊，沿圆周均布定位三处，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3±1.0mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(10)电子束焊：对薄壁零件进行焊全缝，具体参数为：
工作距离：300～400mm；
工作直径：30～120mm；
焊接速度：30±5mm/s；
聚焦束流：2200～2390mA；
电子束流：3.5～14mA；
加速电压：145±5kv；
真空度不大于1×10-2mbar；
(11)泄真空：焊接结束后，至少保持5min，然后向真空室充气；
(12)焊后清理：清理焊缝表面飞溅，用干净白绸布擦净零件表面变色层；
(13)焊后时效处理：焊后8小时内对零件进行时效处理，温度为130～485℃，保温4～24小时；
(14)检验：对零件进行磁粉、X光和工业CT检查，要求零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；缺陷尺寸不大于0.2mm；
(15)喷丸：对零件周向进行喷丸，喷丸强度为0.006/0.008英寸，覆盖率为200％；
(16)最终检验：进行金相、硬度、强度检查，要求无影响性能的组织存在，且焊缝热影响区的硬度值不低于HRC48、焊缝的拉伸强度达到基体强度的90％。
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