CN106541236A - 一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺 - Google Patents

一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺，焊接工装包括底座、环形垫板、上压环以及多个压紧套件，环形垫板固定在底座的上端面，上压环的内圆周面间隔分布有多个用于夹紧钼栅极的压块，底座上沿上压环的圆周分布有与压块数量一致且位置相对应的多个压紧套件，压紧套件包括支架和压紧螺栓，支架固定设置在底座上，压紧螺栓的头端可穿过支架上的螺孔并顶紧压块。本发明利用能量密度集中、热输入量小的电子束焊接技术对安装环与栅极进行焊接，能够保证安装环与栅极之间的连接质量和尺寸精度，提高两者之间的结合强度，可明显延长其使用寿命并且减轻整个航空构件的重量。

Description

一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺
技术领域
本发明涉及金属材料焊接技术领域，具体涉及一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺。
背景技术
航空结构件的体积、重量对航空器使用寿命和运载能力具有至关重要的影响，轻质、高精度、高强度的结构件开发已成为当前航空器件的必然发展趋势，也是亟待研究的关键问题。某航空飞行器中一关键结构件采用钼栅极和钛合金固定安装环组成，由于其工作原理限制，尺寸精度要求十分严苛，且工作时需在高温400℃环境中服役，该结构中钼栅极与钛合金固定安装环的连接直接影响了结构设计，由于该结构件壁非常薄，在以往的产品中为保证尺寸精度，连接方式只能采用螺栓紧固，但是给结构设计和使用带来了诸多弊端，一方面结构和重量均有所增加，另一方面在其工作温度使用时，经过数次加热与冷却后结构件尺寸精度明显降低，严重降低了工作能力和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装及电子束焊接工艺，能够保证安装环与栅极之间的连接质量和尺寸精度，提高两者之间的结合强度，可明显延长其使用寿命并且减轻整个航空构件的重量。
本发明为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装，包括底座、环形垫板、上压环以及多个压紧套件，所述环形垫板固定在底座的上端面，环形垫板与上压环之间形成用于夹持钛合金安装环的空间，上压环的内圆周面间隔分布有多个用于夹紧钼栅极的压块，所述底座上沿上压环的圆周分布有与压块数量一致且位置相对应的多个压紧套件，压紧套件包括支架和压紧螺栓，支架固定设置在底座上，压紧螺栓的头端可穿过支架上的螺孔并顶紧压块。
作为本发明一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装的进一步优化：所述压块的下端面水平位置高于上压环的下端面。
作为本发明一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装的进一步优化：所述上压环的内圆周面上按照1:1的间隔比例分布有16个压块。
利用上述焊接工装对钛合金安装环和钼栅极进行电子束焊接的工艺：将钛合金安装环放置于环形垫板上，然后将钼栅极放置在钛合金安装环上，接着在钼栅极上面放置上压环，使上压环内圆周面上的压块压紧钼栅极，通过调节螺栓保证钛合金安装环与钼栅极之间的处理固定状态，即组成待焊装配件，将待焊装配件置于真空室中进行电子束焊接，焊接完成后，真空冷却10min，去真空并取出焊接完成的试件，拆除焊接工装后即可。
具体包括以下步骤：
1、用砂纸清理钼栅极待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂超声波清洗去除油污，干燥待用；
2、将钛合金安装环放置于环形垫板上，然后将钼栅极放置在钛合金安装环上，接着在钼栅极上面放置上压环，使上压环内圆周面上的压块压紧钼栅极，通过调节螺栓保证钛合金安装环与钼栅极之间的处理固定状态，即组成待焊装配件；
3、将待焊装配件置于真空室中并固定在工作台面上，使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；
4、按工艺参数设定焊接程序，设置焊接方式为1：1断续焊，且采用环向对称方式进行焊接；
5、焊接完成后，真空冷却10min，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作完成。
所述步骤4中焊接工艺参数如下：焊接速度300-1500mm/min，加速电压150kV，电子束束流2-15mA，工作距离200-1000mm。
所述步骤2中固定结束后需要保证钛合金安装环和钼栅极之间所有的贴合部位间隙＜0.05mm。
有益效果
1、本发明采用能量集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好的电子束作为施焊热源，使得整个连接过程时间缩短、热影响区减小，焊接变形程度小，焊接后的航空构件强度明显有提升，能够在高温的工况下连续稳定使用，同时非常有效地减轻了结构复杂程度和重量；
2、本发明在焊接过程中通过特定的焊接工装对筒体和机翼进行夹持，能够有效地控制机翼的平面度、直线度和机翼与筒体的对称度，并且焊接形成的接头处变形较小，使得整个航空构件重量较轻，且使用过程中的空气阻力小；
3、本发明采用断续焊方式有效地控制了热输入量，同时避免了卡箍对焊缝的遮挡影响；
4、本发明的焊接工艺，其焊接过程在真空室进行，避免了大气中有害气体对焊接接头性能的影响，有效地提高了接头综合性能。
附图说明
图1为本发明焊接工装的结构示意图Ⅰ；
图2为本发明焊接工装的结构示意图Ⅱ；
图3为本发明焊接工装中上压环的结构示意图；
图4为经本发明焊接工艺焊接完成的构件的结构示意图；
图5为现有技术中钛合金安装环和钼栅极的结构示意图；
图中标记：1、底座，2、环形垫板，3、上压环，4、压块，5、支架，6、压紧螺栓，7、钛合金安装环，8、钼栅极。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明：
如图1-3所示:一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装，包括底座1、环形垫板2、上压环3以及多个压紧套件，所述环形垫板2固定在底座1的上端面，环形垫板2与上压环3之间形成用于夹持钛合金安装环7的空间，上压环3的内圆周面间隔分布有多个用于夹紧钼栅极8的压块4，本实施例中的上压环3的内圆周面上按照1:1的间隔比例分布有16个压块4，压块4的下端面水平位置高于上压环3的下端面，所述底座1上沿上压环3的圆周分布有与压块4数量一致且位置相对应的多个压紧套件，压紧套件包括支架5和压紧螺栓6，支架5固定设置在底座1上，压紧螺栓6的头端可穿过支架5上的螺孔并顶紧压块4。
如图5所示：需要焊接的结构件由用于固定位置的钛合金安装环7和球面型钼栅极8组成，其中钛合金安装环7约4mm厚，钼栅极8仅0.4mm厚。正常工作时，需要正反装配的两套结构件同时使用，两套结构件间隙要求要达到0.6（±0.1）mm，因此该结构件需要极高的尺寸精度才能够满足使用要求。
利于本发明的焊接工装进行飞行器筒体与机翼的电子束焊接工艺，具体包括以下步骤：
（1）、用砂纸清理钼栅极待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂超声波清洗去除油污，干燥待用；
（2）、将钛合金安装环放置于环形垫板上，然后将钼栅极放置在钛合金安装环上，接着在钼栅极上面放置上压环，使上压环内圆周面上的压块压紧钼栅极，通过调节螺栓保证钛合金安装环与钼栅极之间的处理固定状态，即组成待焊装配件；
（3）、将待焊装配件置于真空室中并固定在工作台面上，使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；
（4）、按工艺参数设定焊接程序，设置焊接方式为1：1断续焊，且采用环向对称方式进行焊接；
（5）、焊接完成后，真空冷却10min，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作完成，焊接完成后的构件如图4所示。
本发明与现有技术相比，采用本发明提供的钛合金安装环和钼栅极真空电子束焊接方法连接后的接头抗拉强度达到350MPa，低倍金相组织中未发现气孔、裂纹、夹杂等缺陷，尺寸精度等综合性能优于采用铆接形式连接的结构件。
利用X射线探伤仪对按上述步骤完成的真空电子束焊接焊缝进行检测，焊缝质量满足GJB 1718-2005Ⅰ级要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装，其特征在于：包括底座、环形垫板、上压环以及多个压紧套件，所述环形垫板固定在底座的上端面，环形垫板与上压环之间形成用于夹持钛合金安装环的空间，上压环的内圆周面间隔分布有多个用于夹紧钼栅极的压块，所述底座上沿上压环的圆周分布有与压块数量一致且位置相对应的多个压紧套件，压紧套件包括支架和压紧螺栓，支架固定设置在底座上，压紧螺栓的头端可穿过支架上的螺孔并顶紧压块。
2.如权利要求1所述一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装，其特征在于：所述压块的下端面水平位置高于上压环的下端面。
3.如权利要求1所述一种钛合金安装环和钼栅极的焊接工装，其特征在于：所述上压环的内圆周面上按照1:1的间隔比例分布有16个压块。
4.利用利要求1所述焊接工装对钛合金安装环和钼栅极进行电子束焊接的工艺，其特征在于：将钛合金安装环放置于环形垫板上，然后将钼栅极放置在钛合金安装环上，接着在钼栅极上面放置上压环，使上压环内圆周面上的压块压紧钼栅极，通过调节螺栓保证钛合金安装环与钼栅极之间的处理固定状态，即组成待焊装配件，将待焊装配件置于真空室中进行电子束焊接，焊接完成后，真空冷却10min，去真空并取出焊接完成的试件，拆除焊接工装后即可。
5.如权利要求4所述的对钛合金安装环和钼栅极进行电子束焊接的工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）、用砂纸清理钼栅极待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂超声波清洗去除油污，干燥待用；
（2）、将钛合金安装环放置于环形垫板上，然后将钼栅极放置在钛合金安装环上，接着在钼栅极上面放置上压环，使上压环内圆周面上的压块压紧钼栅极，通过调节螺栓保证钛合金安装环与钼栅极之间的处理固定状态，即组成待焊装配件；
（3）、将待焊装配件置于真空室中并固定在工作台面上，使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；
（4）、按工艺参数设定焊接程序，设置焊接方式为1：1断续焊，且采用环向对称方式进行焊接；
（5）、焊接完成后，真空冷却10min，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作完成。
6.如权利要求5所述的对钛合金安装环和钼栅极进行电子束焊接的工艺，其特征在于：所述步骤（4）中焊接工艺参数如下：焊接速度300-1500mm/min，加速电压150kV，电子束束流2-15mA，工作距离200-1000mm。
7.如权利要求5所述的对钛合金安装环和钼栅极进行电子束焊接的工艺，其特征在于：所述步骤（2）中固定结束后需要保证钛合金安装环和钼栅极之间所有的贴合部位间隙＜0.05mm。
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