CN107649777B - 一种钛合金针翅管电子束制备方法 - Google Patents

一种钛合金针翅管电子束制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107649777B
CN107649777B CN201710648092.8A CN201710648092A CN107649777B CN 107649777 B CN107649777 B CN 107649777B CN 201710648092 A CN201710648092 A CN 201710648092A CN 107649777 B CN107649777 B CN 107649777B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electron beam
base tube
needle
scan
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710648092.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107649777A (zh
Inventor
高福洋
金向东
高奇
郁炎
李培跃
刘志颖
蒋鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
725th Research Institute of CSIC
Original Assignee
725th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 725th Research Institute of CSIC filed Critical 725th Research Institute of CSIC
Priority to CN201710648092.8A priority Critical patent/CN107649777B/zh
Publication of CN107649777A publication Critical patent/CN107649777A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107649777B publication Critical patent/CN107649777B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/06—Electron-beam welding or cutting within a vacuum chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0006—Electron-beam welding or cutting specially adapted for particular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0033—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Abstract

一种钛合金针翅管电子束制备方法，经过清洗、按照设计开始焊接，采用表面焦点或上焦点，扫描基管表面，依据扫描频率、扫描幅值、制造扫描速度、焊接电压、束流、电子束焦点半径，基管在工装上按照0.2m/min的线速度进行旋转，焊枪距离工件焊接距离200‑1000mm进行电子束焊接真空室内电子束加工、真空去应力退火处理，解决现有钛合金针翅管无法制备的难题，同时可以消除接触热阻，提高针翅分布密度，增大针翅长径比，可获得更大的二次传热面，又可减小管束节径比，使管束更紧凑，避免焊接氧化、焊接缺陷等问题，针翅有效换热总面积可以得到大幅提升。

Description

一种钛合金针翅管电子束制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金构件加工技术领域，具体说的是一种钛合金针翅管电子束制备方法。
背景技术
目前国内对高粘度液体的换热，由于其结垢和结焦严重，大多采用光管。在使用一段时间后，由于结垢和结焦严重使传热效率极低，致使不能满足生产要求。对于油品的换热，近年虽有采用低翅片螺纹管，扩大传热面积的，但强化传热仍有一定限度，对严重的结焦仍未能很好地解决，也还没有能应用于像渣油、重油和油浆等高粘度介质. 中，且加工麻烦。而对各种工业加热炉和余热锅炉中的对流段、余热回收，则主要采用长径比极短且在管上布置稀疏的钉头管，扩大传热面不多，强化传热作用不大。
在国外，有的采用类似本结构的长针翅管，这种长针翅管扩大了传热面，但强化传热作用不大,其杆棒系组成单独的构件，以一定的间距，在垂直和水平方向支撑传热管，使流体横流过杆棒时，在棒的背面下游产生游涡，强化传热。但正由于这些杆棒与传热管间有较大的间隙，是两个单独的构件，而不能起扩大传热面针翅作用，且每一个管截面处的这种杆棒只有2-4根，使之产生游涡的点是有限的，因而强化传热作用也是有一定限度的，而且常常需要同时应用低螺纹翅片管或螺旋糟管，致使造价高。
针翅管的加工方法有电阻焊和车削。非连续翅片管是采用电阻焊方法在基管表面焊上一系列小圆柱，加工复杂，且对针翅的大小及排列密度有诸多限制。整体针翅管采用特殊的车削方法，主要针对铜合金，在管子上直接加工整体针翅，可消除针翅与基管的焊接热阻，其针翅细小而密集。电阻焊和车削方法还不能在钛管表面加工出针翅结构。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种钛合金针翅管电子束制备方法，解决现有钛合金针翅管无法制备的难题，同时可以消除接触热阻，提高针翅分布密度，增大针翅长径比，可获得更大的二次传热面，又可减小管束节径比，使管束更紧凑。避免焊接氧化、焊接缺陷等问题。针翅有效换热总面积可以得到大幅提升。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种钛合金针翅管电子束制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、对待加工的基管进行酸洗至基管表面显露金属光泽后，清水冲洗基管，之后用丙酮或酒精对基管待焊部位进行清洗；
步骤二、将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；对于电子束加工时，当真空度达到5×10-4mbar时，按照设计开始焊接，采用表面焦点或上焦点，扫描基管表面，扫描频率0-1000Hz，扫描幅值1-20mm，制造扫描速度0.1-5m/s，焊接电压90-150KV，束流1-20mA，电子束焦点半径0.2-1mm，基管在工装上按照0.2m/min的线速度进行旋转，焊枪距离工件焊接距离200-1000mm进行电子束焊接；
步骤三、加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10-3Pa，温度450-550℃，时间30min，制作完成。
本发明所述的焊接方法是控制系统设计出该扫描路径图形，在平面坐标系下用X、Y 轴为坐标轴设计出电子束的扫描路径图形，之后提取针翅坐标，扫描基管表面，并将每个针翅的坐标位置与电子束加工设备自身坐标系统之间实现对应关系，使得设计针翅与待加工基管上要制备的针翅位置相一致，之后控制系统将电子束设备工作电压加到合适电位，通过调整聚焦电流、束流大小、扫描速度和扫描路径以及基管旋转速度实现针翅管电子束制备。
本发明从CCD观察系统观察设计针翅与待加工基管上要制备的针翅位置是否一致。
本发明所述的扫描方法为线扫描、圆形扫描或者螺旋扫描
本发明有益效果是：通过该方法可以实现钛合金针翅管的可靠制备，解决现有钛合金针翅管无法制备的技术难题，电子束制备的针翅与基管呈整体状态，基本上不存在接触热阻，属整体长针翅管结构，换热效率高，且针翅在管上布置较密，因而大大扩大了传热面。同时，由于本针翅属于非连续的间断式翅肋，可不断地破坏基管上流体传热的边界层，比连续支肋(包括低翅片螺纹管)液膜热阻低，因而使基管一次传热面换热效率提高，传热系数增大。针翅弯成一定角度，可达到更高的传热效果和降低阻力的目的，增大翅长径比，可获得更大的二次传热面，又可减小管束节径比，使管束更紧凑。
附图说明
图1为本发明的制备过程结构示意图；
图2为本发明的制造过程示意图；
图3为造型扫描波形图；
图4为制备完成后的针翅管示意图；
图5为螺旋扫描实物图；
图6为直线扫描实用图。
具体实施方式
如图1所示，一种钛合金针翅管电子束制备方法，包括以下步骤：
步骤一、清洗：对待加工的基管进行酸洗，去除表面氧化膜，至显露金属光泽后，清水冲洗基管，之后用丙酮或酒精对待焊部位进行清洗；
步骤二、制备：将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；加工：对于电子束加工，当真空度达到5×10-4mbar时，开始焊接加工，采用表面焦点或上焦点，线扫描、圆形扫描或者螺旋扫描，扫描频率0-1000Hz，扫描幅值0-5mm，制造扫描速度0.1-5m/s，焊接电压60-150KV，束流1-20mA，电子束焦点半径0.2-1mm，基管在工装上按照0.2m/min的线速度进行旋转，焊枪距离工件焊接距离200-1000mm。此技术主要是通过焦点半径、焦点位置、扫描波形、扫描频率、扫描幅值和制造扫描速度之间的相互配合，实现基管熔化基体的熔化、挖掘和堆积，从而制备出凸起针翅。
步骤三、处理：加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10- 3Pa，温度500℃，时间30min，经过热处理，消除了加工的残余应力，有利于改善针翅组织性能，提高针翅的强度和韧性，从而保证针翅使用过程的可靠性。由于制备过程中为局部熔化加工，发生非平衡态凝固，存在焊接残余应力，同时由于加热冷却速度极快，针翅本身组织性能也不稳定，容易产生延迟缺陷。通过整体热处理，消除残余应力，稳定组织性能。
实施例1 钛合金螺旋扫描
对待加工的Ti31基管进行酸洗，去除表面氧化膜，至显露金属光泽后，清水冲洗，之后用丙酮或酒精对待焊部位进行清洗；
将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；当真空度达到5×10-4mbar时，开始焊接，采用表面焦点，螺旋扫描，扫描频率1000Hz，扫描幅值1mm，制造扫描速度0.1m/s，焊接电压150KV，束流2.5mA，电子束焦点半径0.3mm，焊枪距离工件焊接距离500mm。
加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10-3Pa，温度450℃，时间30min，经过热处理，消除了加工的残余应力，有利于改善针翅组织性能，提高针翅的强度和韧性，从而保证针翅使用过程的可靠性。
实施例2 钛合金直线扫描
对待加工的Ti31基管进行酸洗，去除表面氧化膜，至显露金属光泽后，清水冲洗，之后用丙酮或酒精对待焊部位进行清洗；
将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；当真空度达到5×10-4mbar时，开始焊接，采用表面焦点，直线扫描，从两端向中心单向扫描，扫描频率1000Hz，扫描幅值10mm，制造扫描速度5m/s，焊接电压90KV，束流20mA，电子束焦点半径0.3mm，焊枪距离工件焊接距离1000mm.
加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10-3Pa，温度550℃，时间30min，经过热处理，消除了加工的残余应力，有利于改善针翅组织性能，提高针翅的强度和韧性，从而保证针翅使用过程的可靠性。
实施例3 钛合金循环直线圆形扫描
对待加工的Ti31基管进行酸洗，去除表面氧化膜，至显露金属光泽后，清水冲洗，之后用丙酮或酒精对待焊部位进行清洗；
将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；当真空度达到5×10-4mbar时，开始焊接，采用表面焦点，循环直线圆形扫描，扫描幅值20mm，圆周平分为36份，每个直线指向圆心，两相邻直线之间的夹角为10°，制造扫描速度3m/s，从圆周外部向圆心扫描，扫描频率1000Hz，焊接电压150KV，束流2.5mA，电子束焦点半径0.3mm，焊枪距离工件焊接距离500mm。
加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10-3Pa，温度500℃，时间30min，经过热处理，消除了加工的残余应力，有利于改善针翅组织性能，提高针翅的强度和韧性，从而保证针翅使用过程的可靠性。
以上所述是本发明的常用实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钛合金针翅管电子束制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对待加工的基管进行酸洗至基管表面显露金属光泽后，清水冲洗基管，再用丙酮或酒精对基管待焊部位进行清洗；
步骤二、将待加工基管随工装一起放入待焊区域，对于电子束加工需要放入真空室，抽真空；对于电子束加工时，当真空度达到5×10-4mbar时，按照设计开始焊接，采用表面焦点或上焦点，扫描基管表面，扫描频率0-1000Hz，扫描幅值1-20mm，制造扫描速度0.1-5m/s，焊接电压90-150KV，束流1-20mA，电子束焦点半径0.2-1mm，基管在工装上按照0.2m/min的线速度进行旋转，焊枪距离工件焊接距离200-1000mm进行电子束焊接；
步骤三、加工完成后采用热处理炉进行真空去应力退火处理，真空度5×10-3Pa，温度450-550℃，时间30min，制作完成。
2.如权利要求1所述的一种钛合金针翅管电子束制备方法，其特征在于：所述的步骤二中按照设计开始焊接的方法是，控制系统设计出该扫描路径图形，在平面坐标系下用X、 Y轴为坐标轴设计出电子束的扫描路径图形，之后提取针翅坐标，扫描基管表面，并将每个针翅的坐标位置与电子束加工设备自身坐标系统之间实现对应关系，使得设计针翅与待加工基管上要制备的针翅位置相一致，之后控制系统将电子束设备工作电压加到合适电位，通过调整聚焦电流、束流大小、扫描速度和扫描路径以及基管旋转速度实现针翅管电子束制备。
3.如权利要求2所述的一种钛合金针翅管电子束制备方法，其特征在于：从CCD观察系统观察设计针翅与待加工基管上要制备的针翅位置是否一致。
4.如权利要求1所述的一种钛合金针翅管电子束制备方法，其特征在于：所述的步骤二中扫描基管表面采用的扫描方法为线扫描、圆形扫描或者螺旋扫描。
CN201710648092.8A 2017-08-01 2017-08-01 一种钛合金针翅管电子束制备方法 Active CN107649777B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710648092.8A CN107649777B (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种钛合金针翅管电子束制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710648092.8A CN107649777B (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种钛合金针翅管电子束制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107649777A CN107649777A (zh) 2018-02-02
CN107649777B true CN107649777B (zh) 2019-06-28

Family

ID=61128351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710648092.8A Active CN107649777B (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种钛合金针翅管电子束制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107649777B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108581167A (zh) * 2018-06-27 2018-09-28 西安飞机工业（集团）有限责任公司 一种大厚度钛合金板非对称熔深双面电子束焊方法
CN111331237B (zh) * 2020-02-26 2021-07-30 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法
CN113983850B (zh) * 2021-10-29 2024-04-26 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) 一种翅片管及其电子束焊接工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104662200A (zh) * 2012-05-16 2015-05-27 Gkn航空公司 在基底上施加钛合金的方法
CN105921872A (zh) * 2016-06-07 2016-09-07 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 钛合金换热器中管子与管板的电子束焊接方法
CN106624320A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 四川成发航空科技股份有限公司 一种电子束焊接空心扁管类零件的方法
CN106862746A (zh) * 2017-03-08 2017-06-20 西北工业大学 一种高温钛合金薄壁铸件电子束焊接方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026228B4 (de) * 2004-05-28 2007-06-28 Airbus Deutschland Gmbh Titan-Aluminiumbauteil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104662200A (zh) * 2012-05-16 2015-05-27 Gkn航空公司 在基底上施加钛合金的方法
CN105921872A (zh) * 2016-06-07 2016-09-07 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 钛合金换热器中管子与管板的电子束焊接方法
CN106624320A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 四川成发航空科技股份有限公司 一种电子束焊接空心扁管类零件的方法
CN106862746A (zh) * 2017-03-08 2017-06-20 西北工业大学 一种高温钛合金薄壁铸件电子束焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107649777A (zh) 2018-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107649777B (zh) 一种钛合金针翅管电子束制备方法
CN108800990B (zh) 一种左右管箱自动控制加热功率的换热管组件
CN106595358B (zh) 一种加热功率变化的浸没式换热管组件
CN105716467B (zh) 一种智慧型沸腾表面及其调控沸腾方法
CN103591633A (zh) 一种电加热换热器
CN103017585B (zh) 一种相变换热装置
CN103471427B (zh) 一种具有导流结构的翅片管散热器
CN201852331U (zh) 线聚焦太阳能强化集热管
CN206095021U (zh) 一种翅片管
CN109317787A (zh) 一种钢管道全位置窄间隙tig自动焊工艺
CN107738039B (zh) 一种钢膜式管屏密封焊接方法
CN108050874A (zh) 螺旋翅片管及换热器
CN105758013B (zh) 一种连通孔间距变化的太阳能集热器
CN208998627U (zh) 一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器
CN107365054A (zh) 一种用于玻璃熔融加热的窑炉装置
CN102109231B (zh) 一种线聚焦太阳能真空集热管
CN103940110B (zh) 沸腾传热改善型直通式自然循环太阳能集热管及方法
CN111678114B (zh) 一种让水冷壁管排涂层高频重熔结构受热均匀的方法
CN103486648B (zh) 一种自动温控的散热器
CN104202902A (zh) 一种基于加热的多毛细管氢原子发生装置
CN103104995A (zh) 一种新型太阳能集热器
CN102748975B (zh) 一种相变换热装置
CN108871040A (zh) 一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器
CN213020376U (zh) 一种用于中心聚焦的塔式光热发电吸热器组件
CN105258360A (zh) 多曲面槽式太阳能集热系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant