CN108057952B - 一种大长径比薄壁零件的电子束焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一种大长径比薄壁零件的电子束焊接方法，利用电子束焊接专用夹具控制薄壁零件的变形；通过利用合理的焊接束流、加速电压、焊接速度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焊接工装固定零件，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。本发明可以有效的控制焊接变形，焊缝的凹陷深度小于0.3mm，邻近焊缝区域的端面跳动控制在0.05mm以内，焊后零件的同轴度达到0.1以内，焊缝的强度达到基体材料强度的85％以上。

Description

一种大长径比薄壁零件的电子束焊方法
技术领域
本发明涉及一种大长径比零件的电子束焊方法，尤其是一种薄壁零件的电子束焊方法。
背景技术
对于长度与直径比大于24，壁厚小于2mm的零件，通常称为大长径比薄壁零件。在机械领域中，对于低碳结构钢、钛合金大长径比薄壁零件的电子束焊接，主要难点在于电子束焊接后焊缝凹陷深度大，焊缝强度不高，邻近焊缝区域的端面跳动大，零件变形弯曲，后续无法通过机加保证零件合格。现有的电子束焊接方法的步骤为：
(1)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0.02mm～0.05mm；
(2)将零件装配到夹具上进行电子束焊接；
(3)焊接参数为电子束流6-9mA、焊接速度10-20mm/s、加速电压130-140KV；
然而这种方法在电子束焊接过程中焊接变形难以控制，焊缝凹陷大，零件焊后邻近焊缝区的端面跳动最大达0.1mm，输入输出位置的凹陷达0.4以上，零件的同轴度高达0.2mm，使零件机加无法保证，且焊缝强度达不到基体材料强度的85％，最终满足不了设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大长径比薄壁零件的电子束焊接方法，可以有效的控制焊接变形，焊缝的凹陷深度小于0.3mm，邻近焊缝区域的端面跳动控制在0.05mm以内，焊后零件的同轴度达到0.1以内，焊缝的强度达到基体材料强度的85％以上。本发明的技术解决方案如下：
(1)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(2)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸酒精擦拭干净；
(3)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0.02mm，然后将零件装配在夹具上；
(4)设备抽真空：真空室的真空度应低于1×10-2Pa；
(5)零件进入焊接设备：将夹具和零件一同放入电子束焊机的移动装置中，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；
(6)进行电子束焊：对零件进行焊接，具体参数为：
焊接速度：15mm/s±5mm/s；
聚焦束流：1900mA～2210mA；
电子束流：5mA～15mA；
加速电压：135KV±5KV；
(7)泄真空：电子束焊接后，等5min后向真空室充气；
(8)焊后清理：焊后将零件取出，从夹具上卸下，然后将焊缝表面的飞溅清理干净；
(9)焊后热处理：焊后16小时内完成热处理；
(10)检验：零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；焊缝凹陷尺寸不大于0.3mm；焊缝邻近区域的端跳在0.05以内；焊后零件的同轴度达到0.1以内；焊缝的强度达到基体材料强度的85％以上。
本发明利用电子束焊接专用夹具控制薄壁零件的变形；其次是利用合理的热输入；再有零件壁薄焊接变形大，大长径比零件焊后易弯曲，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、加速电压、焊接速度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焊接工装固定零件，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。本发明可以有效的控制焊接变形，焊缝的凹陷深度小于0.3mm，邻近焊缝区域的端面跳动控制在0.05mm以内，焊后零件的同轴度达到0.1以内，焊缝的强度达到基体材料强度的85％以上。
具体实施方式
一种大长径比薄壁零件的电子束焊接方法，其具体实施步骤如下：
(1)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(2)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸酒精擦拭干净；
(3)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0.02mm，然后将零件装配在夹具上；
(4)设备抽真空：真空室的真空度应低于1×10-2Pa；
(5)零件进入焊接设备：将夹具和零件一同放入电子束焊机的移动装置中，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；
(6)进行电子束焊：对零件进行焊接，具体参数为：
焊接速度：15mm/s±5mm/s；
聚焦束流：1900mA～2210mA；
电子束流：5mA～15mA；
加速电压：135KV±5KV；
(7)泄真空：电子束焊接后，等5min后向真空室充气；
(8)焊后清理：焊后将零件取出，从夹具上卸下，然后将焊缝表面的飞溅清理干净；
(9)焊后热处理：焊后16小时内完成热处理；
(10)检验：零件表面无裂纹，焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；焊缝凹陷尺寸不大于0.3mm；焊缝邻近区域的端跳在0.05以内；焊后零件的同轴度达到0.1以内；焊缝的强度达到基体材料强度的85％以上。
实施例
某发动机传动系统中的传动杆电子束焊接，基体材料为18Cr2Ni4MoA，厚度为1.5mm，内径为10mm，长度为400mm。焊后要求焊缝凹陷小于0.3mm，邻近焊缝区域的端面跳动小于0.04mm，同轴度达到0.05以内，无损探伤满足相应标准，焊缝的强度达到基体强度85％以上。
传动杆电子束焊接的具体方法为：
(1)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T；
(2)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸酒精擦拭干净；
(3)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0.018mm，然后将零件装配在夹具上；
(4)设备抽真空：真空室的真空度为6×10-4Pa；
(5)零件进入焊接设备：将夹具和零件一同放入电子束焊机的移动装置中，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；
(6)电子束焊：电子束焊接的具体工艺参数为：
焊接速度：15mm/s；
聚焦束流：1970mA；
电子束流：12.2mA；
加速电压：140KV；
(7)泄真空：电子束焊接后，等待8min后向真空室充气；
(8)焊后清理：焊后将零件取出，从夹具上卸下，然后将焊缝表面的飞溅清理干净；
(9)焊后热处理：焊后在8h内进行热处理，温度为160℃，保持2h。
(10)检验：零件接头无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔；输入输出位置的凹陷尺寸为0.01mm；焊缝邻近区域的端跳在0.04；焊后零件的同轴度达到0.06；焊缝的强度达到基体材料强度的87％。结论：合格。

Claims (1)

1.一种大长径比薄壁零件的电子束焊接方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)退磁：将零件、夹具一起进行退磁，至磁通密度小于1×10-4T，所述所零件材料为18Cr2Ni4MoA；
(2)表面清理：将零件的待焊处用白色绸布蘸酒精擦拭干净；
(3)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0.02mm，然后将零件装配在夹具上；
(4)设备抽真空：真空室的真空度应低于1×10-2Pa；
(5)零件进入焊接设备：将夹具和零件一同放入电子束焊机的移动装置中，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；
(6)进行电子束焊：对零件进行焊接，具体参数为：
焊接速度：15mm/s；
聚焦束流：1970mA；
电子束流：12.2mA；
加速电压：140KV；(7)泄真空：电子束焊接后，等5min后向真空室充气；
(8)焊后清理：焊后将零件取出，从夹具上卸下，然后将焊缝表面的飞溅清理干净；
(9)焊后热处理：焊后16小时内完成热处理；
(10)最终检验。
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