CN107433423A - 复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法 - Google Patents

复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法 Download PDF

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Abstract

复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法，属于机械加工领域，步骤为：首先，通过X光确定钛合金零件母材的缺陷位置，采用机械方式在缺陷位置钻的小孔；再次进行X光透照。其次，将清理、打磨钻孔位置保证小孔粗糙度在3.2以上，在小孔中镶入“圆销”为填充材料。再次，采用电子束扫描的方式对零件缺陷位置中的补焊待熔合区域进行补焊。最后，采用机械方法加工去掉缺陷位置高出的焊缝余高。本发明解决了薄壁钛合金零件采用电子束补焊一次成功率的问题，提高补焊质量，适用于所有复杂结构的厚件最终加工成薄壁的零件补焊，应用较广。

Description

复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊 方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法。
背景技术
一些复杂结构的薄壁钛合金零件在粗加工、大厚度采用电子束焊接时，但由于焊接接头的厚度尺寸远大于零件最终尺寸，特检基准不同(一般X光检查根据焊接接头尺寸厚度判定允许缺陷的尺寸，焊接接头尺寸厚度越大，允许存在缺陷，特别是气孔的尺寸就越大)，无法发现缺陷或在该检测接头厚度尺寸允许存在。
加工到最终时由于焊缝位置尺寸变到很小，允许存在的缺陷尺寸也变得很小，原本允许存在的缺陷此时就可能出现超标现象。有些复杂结构零件在加工到最终尺寸时，结构已经不适合采用电子束的方式整体返修，而且也很难一次排除存在的细小缺陷，而从性能和尺寸精度考虑，采用手工方式影响较大。
一旦发现有缺陷为零件的补焊带来很大麻烦，对于一些较为复杂结构的薄壁钛合金零件，在其最终尺寸时，结构已经不适合采用电子束的方式整体返修：焊缝位置整体的尺寸不一致、存在空间结构，不在同一个平面、采用原本的焊接方向束流无法达到待焊位置，而改变入射方向零件尺寸超过设备行程或真空室尺寸等等；而且直接采用电子束焊补焊不一定将缺陷(特别是细小的气孔)一次性排除，如果没有填充材料必然导致精尺寸的零件表面出现“咬边”，影响零件表面质量；若采用传统手工挖补，由于零件已经到最终尺寸则带来零件变形大、性能损伤相对较大等不利影响。
本发明采用一种将传统手工排除缺陷补焊与采用电子束补焊结合方式来排除这类缺陷，即采用传统手工排除缺陷的方法，将缺陷先挖除，再加入“填充块”用电子束对缺陷位置进行局部修补。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复杂结构薄壁钛合金电子束焊接缺陷局部挖补电子束扫描补焊方法，发现焊接缺陷，无法单独采用电子束排除时，以先将缺陷挖除，以同材料母材填充，再用电子束进行局部扫描补焊的方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法，复杂结构薄壁厚1mm-3mm，步骤如下：
(1)通过X光确定钛合金零件母材1的缺陷位置，即原焊缝位置2；采用机械方式在缺陷位置钻的小孔；再次进行X光透照，确保去除缺陷。
(2)将步骤(1)的钻孔位置进行清理、打磨，保证小孔粗糙度在3.2以上，无尖角和毛刺等应力集中点；再在小孔中镶入“圆销”为填充材料3。
所述的“圆销”的底座尺寸为高2-5mm；上部为并高出零件上表面1.5mm；高出上表面的部分开出法相30°倒角；底座厚度为零件厚度的2-2.5倍。所述的填充材料3为与钛合金零件母材1同材料、同状态的材料。
(3)采用电子束扫描的方式对零件缺陷位置中的补焊待熔合区域4进行补焊，焊接扫描频率为200HZ～500HZ。扫描补焊过程中采用小电流、上焦点方式，保证在填充材料与零件结合处形成一个的“圆环”，通过电子束的不断高速扫描将填充材料与零件焊接在一起，这样使得补焊位置熔合比较缓慢，“圆环”的焊缝有一定宽度，中心位置不会因为热量聚焦而过快的熔化塌陷，这样上部多余的填充材料就有效的起到了填充补偿塌陷的作用，同时不会出现由于束流起、收而形成的突起和凹陷。
(4)采用机械方法加工去掉缺陷位置高出的焊缝余高，在大厚度尺寸下焊接后最终加工成1mm-3mm厚的复杂结构的钛合金零件。
本发明适用复杂结构的厚件最终加工成薄壁的零件，对于最终尺寸和性能要求比较高，不希望采用手工补焊的零件，要求：(1)“圆销”上部为高出零件上表面1.5mm，不但保证将之前把缺陷时钻的小孔填满，而且高出零件上表面1.5mm的金属为上表面成型提供了“过量”的填充金属，使得表面成型更饱满，不会造成焊缝低于上表面母材；(2)“圆销”底座为高2-5mm可以起到背面锁底垫板的作用，在修补时不用将底座完全焊透，只需将上面零件焊透即可，保证“拖住”零件上表面熔池不会产生“咬边”；(3)在填充材料高出上表面的部分开出法相30°倒角，保证扫描补焊的束流尽可能集中的落在 的待熔合区域，倒角的目的是形成一个类似“坡口”的形式，既方便电子束到的待焊位置，增加可达性，又解决了由于“圆销”高出零件上表面部分带来的待焊接头两侧厚度不一致问题；(4)底座厚度为零件厚度的2-2.5倍为宜，已满足达到使焊缝把零件焊透却不焊透底座的效果，保证零件最终将零件的上下表面接平后的双面成型。
本发明的有益效果为：
(1)适用于所有复杂结构的厚件最终加工成薄壁的零件补焊，应用较广。
(2)有效解决了薄壁钛合金零件采用电子束补焊一次成功率问题，提高补焊质量。
附图说明
图1为典型薄壁钛合金工字结构框梁接头缺陷挖补电子束扫描补焊位置示意图；
图2为图1中B-B方向的剖视图；
图3为电子束扫描补焊位置剖视示意图；
图中：1钛合金零件母材；2原焊缝位置；3填充材料；4补焊待熔合区域。
具体实施方式
本发明将结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明。
一种复杂结构薄壁钛合金电子束焊接缺陷局部挖补电子束扫描补焊方法，步骤如下：
(1)通过X光确定钛合金零件母材1的缺陷位置，即原焊缝位置2；采用机械方式在缺陷位置钻的小孔；再次进行X光透照，确保去除缺陷。
(2)将步骤(1)的钻孔位置进行清理、打磨，保证小孔粗糙度在3.2以上，无尖角和毛刺等应力集中点；再在小孔中镶入“圆销”为填充材料3，高出上表面的部分开出法相30°倒角；填充材料3为与钛合金零件母材1材料、状态相同。
(3)采用电子束扫描的方式对零件缺陷位置中的补焊待熔合区域4进行补焊，焊接扫描频率为200HZ～500HZ。
(4)采用机械方法加工去掉缺陷位置高出的焊缝余高。
下面针对1.8mm厚钛合金提供一组补焊参数：电子枪的电压、枪距定位150KV，400mm。符合焊缝要求焊接扫描频率最大可达到500HZ，最小可达到200HZ，如下表。
扫描频率(HZ) 200 300 400 500
焊接电流(mA) 4 5 5 6
焊接时间(s) 7 7 6 6
聚焦电流(mA) 2200 2200 2200 2200

Claims (1)

1.一种复杂结构件薄壁钛合金电子束焊接缺陷挖补电子束扫描补焊方法，其特征在于以下步骤：
一、通过X光确定钛合金零件母材的缺陷位置，即原焊缝位置；采用机械方式在缺陷位置钻的小孔；再次进行X光透照；
二、清理、打磨钻孔位置，保证小孔粗糙度在3.2以上，无应力集中点；再在小孔中镶入“圆销”为填充材料；
所述的“圆销”的底座尺寸为高2-5mm；上部为并高出零件上表面1.5mm；高出上表面的部分开出法相30°倒角；底座厚度为零件厚度的2-2.5倍；所述的填充材料为与钛合金零件母材同材料、同状态的材料；
三、采用电子束扫描的方式对零件缺陷位置中的补焊待熔合区域进行补焊，焊接扫描频率为200HZ～500HZ；
四、采用机械方法加工去掉缺陷位置高出的焊缝余高。
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