CN106624320B - 一种电子束焊接空心扁管类零件的方法 - Google Patents

一种电子束焊接空心扁管类零件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束焊接空心扁管类零件的方法，先将两个空心扁管类零件安装于电子束焊机真空室内的焊接工作台上，调整两个空心扁管类零件安装位置使它们的空心扁管上侧面与电子束发生器发出的电子束之间的夹角α为45°～90°；再抽真空使得电子束焊机真空室内的压强≤1.0╳10‑3mbar；最后将焊接工作台或电子束发生器以恒定的速度移动，使所述电子束从空心扁管长轴一侧的焊接部位引入，并沿长轴方向移动至空心扁管长轴另一侧的焊接部位末端，即完成两个空心扁管类零件的焊接。本发明不仅实现了同时完成空心扁管两个面的焊接，使焊接效率至少提高一倍，而且解决了具有遮蔽部零件难以焊接的难题，在本领域具有广泛应用前景。

Description

一种电子束焊接空心扁管类零件的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及扁管类零件的焊接，具体涉及一种电子束焊接空心扁管类零件的方法。
背景技术
空心扁管类零件在进行电子束焊接时，现有的焊接方法主要包括两种：(1)若空心扁管类零件的空心扁管形状规范，则将空心扁管类零件与电子束发生器进行相对旋转，对空心扁管的焊接部位进行连续焊接；(2)若空心扁管类零件的空心扁管形状不规范，则将电子束发生器固定，通过一次或多次翻转空心扁管类零件，分段完成空心扁管类零件全部焊接部位的焊接。但上述两种焊接方法都不能实现空心扁管上下两侧面焊接部位的同时焊接，因而焊接效率有待提高。
再者，对于两个需通过焊接固连的空心扁管类零件，若被焊接部位的至少一侧存在遮蔽情况，目前尚缺少有效的焊接方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子束焊接空心扁管类零件的方法，以实现空心扁管类零件焊接部位上下两侧面的同时焊接，提高空心扁管类零件的焊接效率，并为焊接部位存在遮蔽情况的空心扁管类零件焊接提供一种有效焊接方法。
本发明提供的电子束焊接空心扁管类零件的方法，所述空心扁管类零件至少包括空心扁管，该方法包括以下步骤：
步骤1，将两个空心扁管类零件安装于电子束焊机真空室内的焊接工作台上并使它们的空心扁管焊接部位满足对接装配，调整两个空心扁管类零件的安装位置使它们的空心扁管上侧面与电子束发生器发出的电子束之间的夹角α为45°～90°；
步骤2，抽真空使得电子束焊机真空室内的真空度≤1.0×10-3mbar；
步骤3，将焊接工作台或电子束发生器以恒定的速度移动，使所述电子束从空心扁管长轴一侧的焊接部位引入，并沿所述长轴方向移动至空心扁管长轴另一侧的焊接部位末端，即完成两个空心扁管类零件的焊接。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，在电子束从空心扁管长轴一侧移动至另一侧的过程中，由电子束发生器发出的电子束在对空心扁管上侧面焊接部位进行焊接的同时，其透过上侧面焊接部位的剩余电子束能量对空心扁管下侧面的焊接部位实现了焊接，因而，同时完成了空心扁管上下两侧面的焊接。调整两个空心扁管类零件的安装位置使他们的空心扁管上侧面与电子束发生器发出的电子束之间的夹角α为45°～90°，从而便于实现对空心扁管焊接部位的焊接。为了保证焊接质量，步骤3中，空心扁管焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量应不小于15J/(mm)2；当两个空心扁管类零件的材料不同时，空心扁管焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量要求不同；当两个空心扁管类零件材料为钛合金时，空心扁管焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量为15～80J/(mm)2；当两个空心扁管类零件材料为高温合金或不锈钢时，空心扁管焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量为35～100J/(mm)2。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，电子束焊机包括真空室、焊接工作台和电子束发生器，焊接工作台位于真空室内，电子束发生器位于真空室内，或者电子束发生器位于真空室外且与真空室内部相连通。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，焊接工作台或电子束发生器的移动速度与电子束加速电压以及电子束电流(即焊接电流)相关，三者满足如下公式：E＝(U·I)/(V·T)，其中E为焊接部位单位时间、单位厚度上的输入能量(单位：J/(mm)2)，U为电子束加速电压(单位：KV)，I为电子束电流(单位mA)，V为焊接工作台或电子束发生器的移动速度(单位：mm/秒)，T为空心扁管焊接部位的厚度(单位：mm)，电子束发生器加速电压为60KV～150KV，焊接工作台或电子束发生器的移动速度为10mm/秒～20mm/秒，因此只要根据空心扁管的厚度，调节电子束电流，使空心扁管焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量不小于15J/(mm)2即可。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，在焊接开始或结束时，为了避免在扁管上侧面与下侧面接头处产生焊接缺陷，所述空心扁管焊接部位的长轴方向两侧分别固连有引弧板和收弧板，引弧板和收弧板可以通过定位焊的方式与空心扁管焊接在一起实现两者固连。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，当空心扁管长轴两侧设置有引弧板和收弧板时，步骤3中电子束从引弧板引入，并沿空心扁管的长轴方向移动至收弧板，由于在焊接开始或结束时的焊接缺陷均产生在引弧板和收弧板上，从而避免了空心扁管焊接部位出现焊接缺陷的问题。
上述电子束焊接空心扁管类零件的方法，当两个空心扁管类零件的焊接部位至少一侧存在遮蔽的情况时，为了避免剩余电子束能量对零件遮蔽部位的影响，所述空心扁管下侧面的下方(零件遮蔽部位的上方)设置有电子束剩余能量吸收板，穿过空心扁管的剩余能量被电子束剩余能量吸收板吸收。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，将电子束从空心扁管长轴一侧的焊接部位引入，在进行空心扁管一个侧面焊接的同时，利用电子束剩余能量完成空心扁管另一侧面的焊接，实现了同时完成空心扁管两个面焊接的目的，因而焊接效率至少提高一倍。
2、本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，通过设置电子束剩余能量吸收板，并采用将电子束从扁管一侧导入的方式，不仅可实现对空心扁管两侧面的焊接，而且解决了具有遮蔽部零件难以焊接的难题，在本领域具有广泛应用前景。
3、本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，通过在空心扁管长轴两侧固连引弧板和收弧板，使焊接缺陷发生在引弧板和收弧板，从而避免在空心扁管上侧面与下侧面接头处产生焊接缺陷。
附图说明
图1为空心扁管横截面的一种示意图。
图2为实施本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法的第一种示意图。
图3为实施本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法的第二种示意图。
图4为实施本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法的第三种示意图。
图5为使用本发明所述方法焊接的机匣主体与管接头的示意图。
其中，1—电子束发生器，2—电子束，3—空心扁管，3-1—空心扁管上侧面，3-2—空心扁管上侧面，3-3—空心扁管长轴，4—引弧板，5—收弧板，6—电子束剩余能量吸收板，7—机匣主体，8—焊接部位，9—管接头
具体实施方式
以下将通过实施例并结合附图对本发明所述电子束焊接空心扁管类零件的方法作进一步说明，显然，所给出实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中，所使用的电子束焊机包括一真空室，真空室内设置有焊接工作台和电子束发生器；焊接工作台用于安装被焊接工件，其与电子束发生器均可以移动，从而使焊接工作台与电子束发生器之间产生相对位移；电子束发生器位于焊接工作台的上方。电子束焊机通过市场购买，型号为KS150-G150KM(德国SST公司生产)。
实施例1
本实施例中的空心扁管类零件，材料为TC4钛合金，其空心扁管3如图1所示，包括上侧面3-1和下侧面3-2，上侧面与下侧面相接的部位为圆弧面，上侧面、下侧面的对称轴为空心扁管的长轴3-3，空心扁管的壁厚为1.8mm～2.2mm，焊接部位的两侧上下方均无遮蔽部分。
本实施例中，电子束发生器1的电子束加速电压为60KV～150KV，焊接速度(电子束发生器的移动速度)为10mm/秒～20mm/秒，依据以下公式电子束电流随焊接厚度变化：
E＝(U·I)/(V·T)
其中E为焊接部位单位时间、单位厚度上的输入能量，U为电子束加速电压，I为电子束电流，V为焊接工作台或电子束发生器的移动速度，T为空心扁管焊接部位的厚度。
对上述空心扁管类零件，本实施例采用图2或图3所示的方式进行焊接，若采用图3所示的方式进行焊接，需在空心扁管3焊接部位的长轴方向两侧分别固连引弧板4和收弧板5。
采用图2所示方式进行焊接的步骤如下：
步骤1，将两个空心扁管类零件安装于电子束焊机真空室内的焊接工作台上并使它们的空心扁管3焊接满足对接装配，调整两个空心扁管类零件的安装位置使它们的空心扁管3上侧面与电子束发生器1发出的电子束2之间的夹角α为45°～90°(如图1所示)；
步骤2，抽真空使得电子束焊机真空室内的压强≤1.0×10-3mbar；
步骤3，将电子束发生器1以10mm/秒～20mm/秒的速度匀速移动，使电子束2从空心扁管3长轴一侧的焊接部位引入，并沿长轴方向移动至空心扁管3长轴另一侧的焊接部位末端；在移动过程中，空心扁管3单位时间、单位厚度上的输入热量为15～80J/(mm)2，由电子束发生器1发出的电子束2首先将空心扁管3上侧面焊接部位进行焊接，透过上侧面焊接部位的剩余电子束能量将空心扁管3下侧面焊接部位进行焊接，即完成对空心扁管3的焊接。
焊接完成后，释放电子束焊机真空室内的真空，取出焊接后的空心扁管类零件。
采用图3所示方式进行焊接与采用图2所示方式进行焊接的不同之处在于：由于空心扁管3在长轴方向两侧分别通过定位焊固连有引弧板4和收弧板5，步骤3中电子束2从空心扁管3长轴一侧的引弧板4引入，并使电子束3相对于空心扁管3沿长轴方向移动至空扁管3长轴另一侧的收弧板5。
实施例2
本实施例中，对如图5所示的机匣主体7和管接头9进行焊接，管接头9与机匣主体7的焊接部位均为空心扁管(见图4)，所述空心扁管3横截面的长度L＝60.5mm，宽度B＝30mm，壁厚为2.0mm，焊接部位8的一侧下方被机匣主体7上的结构遮蔽(见图5)；机匣主体7和管接头9的材料均为GH4169高温合金。
本实施例中，电子束发生器1的电子束加速电压为150KV，电子束电流随焊接深度变化(见下述步骤3)，焊接速度(电子束发生器的移动速度)为20mm/s。
本实施例中，配备了电子束能量吸收板6，在空心扁管3焊接部位的长轴方向两侧分别通过定位焊固连有引弧板4和收弧板5。
本实施例焊接过程包括以下步骤：
步骤1，将机匣A主体7和管接头9分别安装于电子束焊机真空室内的焊接工作台上，并使它们的焊接部位满足对接装配，调整机匣主体7和管接头9的安装位置使他们的空心扁管3上侧面与电子束发生器1发出的电子束2之间的夹角α为58°，在机匣主体7和管接头9的焊接部位8正下方放置电子束能量吸收板6；
步骤2，抽真空使得电子束焊机真空室内的压强≤1.0╳10-3mbar；
步骤3，将电子束发生器1以20mm/s的速度移动，使电子束2从空心扁管3长轴一侧的引弧板4引入，并沿长轴方向移动至空心扁管3长轴另一侧的收弧板5；在移动过程中，焊接初始时电子束电流为30mA；当焊接位置从引弧板4过度至扁管3时，扁管3有效焊接厚度从0到C＝15mm，此时需要将电子束电流在0.1秒时间内从30mA增大至70mA；然后再在0.1秒内将电子束电流降低至30mA；在1.9秒保持电子束电流为30mA；然后在0.6秒时间内将电子束电流加大至80mA；在0.1秒时间内将电子束电流降低至30mA；最后0.5秒后将电流降低至0mA；焊接结束后，释放电子束焊机真空室内的真空，取出焊接后的机匣主体7，并将空心扁管3长轴两侧的引弧板和收弧板利用砂轮切除。

Claims (8)

1.一种电子束焊接空心扁管类零件的方法，所述空心扁管类零件至少包括空心扁管(3)，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1，将两个空心扁管类零件安装于电子束焊机真空室内的焊接工作台上并使它们的空心扁管(3)焊接部位满足对接装配，调整两个空心扁管类零件的安装位置使它们的空心扁管(3)上侧面与电子束发生器(1)发出的电子束(2)之间的夹角α为45°～90°；
步骤2，抽真空使得电子束焊机真空室内的压强≤1.0×10-3mbar；
步骤3，将焊接工作台或电子束发生器(1)以恒定的速度移动，使所述电子束(2)从空心扁管(3)长轴一侧的焊接部位引入，并沿所述长轴方向移动至空心扁管(3)长轴另一侧的焊接部位末端，即完成两个空心扁管类零件的焊接；
所述步骤3中，电子束(2)的加速电压为60KV～150KV，焊接工作台或电子束发生器(1)的移动速度为10mm/秒～20mm/秒，空心扁管(3)焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量不小于15J/(mm)2。
2.根据权利要求 1所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述步骤3中，当空心扁管(3)的材料为钛合金时，空心扁管(3)焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量为15～80J/(mm)2。
3.根据权利要求 1所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述步骤3中，当空心扁管(3)的材料为高温合金或不锈钢时，空心扁管(3)焊接部位单位时间、单位厚度上的输入热量为35～100J/(mm)2。
4.根据权利要求 1至3任一权利要求所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述空心扁管(3)焊接部位的长轴方向两侧分别固连有引弧板(4)和收弧板(5)。
5.根据权利要求 4所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述步骤3中电子束(2)从引弧板(4)引入，并沿空心扁管的长轴方向移动至收弧板(5)。
6.根据权利要求1至3任一权利要求所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述空心扁管(3)下侧面的下方设置有电子束剩余能量吸收板(6)。
7.根据权利要求4所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述空心扁管(3)下侧面的下方设置有电子束剩余能量吸收板(6)。
8.根据权利要求 5所述电子束焊接空心扁管类零件的方法，其特征在于所述空心扁管(3)下侧面的下方设置有电子束剩余能量吸收板(6)。
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