CN108581165A - 一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，包括采集待焊件焊缝处厚度数据、设定参数值、比较数值、代入计算、判断数值、返回数值等步骤。本发明的计算方法通过大量的试验和理论作为基础，可以根据被焊无氧铜的零件要求迅速准确的获得了焊接主要参数值，简单明了，方便电脑程序语言的实现，为工程生产提供快速地调试焊接参数的途径，准确有效确定焊接参数，避免了多次重复解剖被焊试样，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

Description

一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法

技术领域

本发明涉及电子束焊接技术领域，具体涉及一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法。

背景技术

一方面无氧铜具备高导电性，在热核聚变、粒子加速器和微波技术应用领域被广泛应用，在制造无氧铜零件时，避免不了会对其进行焊接加工，由于无氧铜的导热率比普通碳钢大约8倍，在达到熔化温度时，无氧铜的表面张力比碳钢小1/3，线膨胀系数及收缩率比碳钢大1倍以上，熔融金属流动性方面，无氧铜比碳钢大约1.5倍，造成传统的电弧熔化焊无法直接焊接无氧铜零件，需要预热至400℃左右的高温进行焊接，劳动强度大，同时，液态的无氧铜具有较强的吸气性和一定的氧化性，导致焊接过程中容易出现裂纹、气孔等缺陷。

另一方面电子束焊接具备高的能量密度，大的焊缝深宽比，窄的焊接接头热影响区，使得电子束焊接技术在对焊接质量要求严格的航空、航天与核电等行业被广泛使用，真空电子束焊接因具备真空环境，可以在无需预热情况下对大厚度无氧铜进行穿透焊接，同时提高无氧铜焊缝的纯净度，减少气孔、裂纹等缺陷，这一焊接技术的巨大优势正逐步取代传统的电弧熔化焊接方式。但是电子束焊接参数的准确性，直接影响无氧铜焊缝的成型质量，在现场焊接过程中，需要凭经验对焊接试板进行不断试焊，调出适合的焊接参数，给焊接参数确定工作带来了很大的麻烦。因此针对这一现状，迫切需要开发一种可以准确预测无氧铜电子束焊接参数的计算方法，以满足现场焊接的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，以达到准确有效确定焊接主要参数、减少多次重复解剖被焊试样、提高焊接效率的目的。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提供了一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，包括以下步骤：

步骤1、采集待焊件焊缝处厚度数据H，单位为mm；

步骤2、设定加速电压U、焊接电流I、焊接速度v和焊缝熔深h四个参数中的任意三个参数值；

步骤3、若步骤2中设置的参数含有焊缝熔深，则将焊缝熔深参数值与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则继续下一步骤，否则重新设定步骤2中的参数值；

步骤4、将步骤2中设定好的三个参数值代入无氧铜电子束焊接参数预测计算函数中，计算得到未知的第四个参数值，所述无氧铜电子束焊接参数预测计算函数为

h = 0.15U + 0.4I + 25 ÷ v－38

其中，h单位为mm，U单位为kV，I单位为mA，v单位为mm/s；

步骤5、若步骤4中计算得到的参数值为焊缝熔深参数值，则将焊缝熔深参数值h与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则返回步骤2设定的三个参数值和步骤4计算得到参数值作为无氧铜电子束焊接参数的预测值，否则重新设定步骤2中的参数值，重复步骤3、步骤4、步骤5，直至返回得到无氧铜电子束焊接参数的预测值为止。

优选地，步骤1中，当所述待焊件焊缝背面附有引出电子束焊缝钉尖缺陷的无氧铜垫板时，所述待焊件焊缝处厚度数据H的值为待焊无氧铜零件的焊缝实际厚度数据H1与无氧铜垫板的实际厚度数据H2的数值之和。

优选地，所述无氧铜垫板的实际厚度数据H2的值不小于待焊无氧铜零件的焊缝实际厚度数据H1值的30%。

优选地，所述无氧铜为TU1无氧铜和TU2无氧铜中的一种。

优选地，所述焊接加速电压U取值范围为75-150kV，所述焊接电流I取值范围为30-300mA，焊接速度v的取值范围为2-15mm/s。

本发明还提供一种无氧铜电子束焊接参数确定方法，采用上述的无氧铜电子束焊接参数预测计算方法进行参数确定，包括以下步骤：

步骤1、根据电子束焊机的特点与性能，选定加速电压参数值；

步骤2、根据被焊无氧铜厚度和需要，选定焊接速度与焊缝熔深参数值；

步骤3、采用所述无氧铜电子束焊接参数预测计算方法得到焊接电流参数值；

步骤4、采用确定好的加速电压、焊接电流、焊接速度和焊缝熔深四个参数，试焊确定聚焦电流参数值。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，通过数学建模将加速电压、焊接电流、焊接速度和焊缝熔深四个参数拟合成计算函数，能够在设定其中任意三个参数的情况下得到剩余参数值，从而解决了现有技术中没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，而导致的需要重复试焊，既耽误了时间，又浪费了资源，同时解决了现有技术中依靠人工经验调试参数，可能引起的焊接效果差的技术问题，达到了准确有效确定焊接参数的目的，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率。

（2）本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法是在大量焊接试验以及电子书焊接理论基础上总结出来的，具有简单、实用等特点，用本发明的方法确定电子束焊接参数无需高深的理论基础和丰富的焊接经验，只需简单的选择判断即可，方法可操作性强，判断标准简单明了。

（3）本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法可获得所有主要的电子束焊接参数而非某个单一参数，揭示了各焊接参数之间的关系，可帮助电子束焊接从业人员进一步认识各焊接参数对焊缝的影响，更接近工程实用。

（4）本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法可快速获得匹配的工艺参数，无需大量、反复的焊接试验、焊缝检测，运用本发明的方法，针对任意无氧铜工件，在同一块焊接试片上经过3-4 次试焊即可获得匹配的所有焊接参数，有效缩短产品交付周期并降低生产成本。

（5）本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法通过大量的试验和理论作为基础，可以根据被焊无氧铜的零件要求迅速准确的获得了焊接主要参数值，简单明了、方便电脑程序语言的实现，为工程生产提供快速地调试焊接参数的途径，准确有效确定焊接参数，避免了多次重复解剖被焊试样，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率具有较高的实用价值和广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法流程示意图；

图2为本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法中加速电压U-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图；

图3为本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法中焊接电流I-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图；

图4为本发明的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法中焊接速度v-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的三个实施例所采用的无氧铜电子束焊接参数预测计算方法均包括以下步骤：

步骤1、采集待焊件焊缝处厚度数据H，单位为mm；

步骤2、设定加速电压U、焊接电流I、焊接速度v和焊缝熔深h四个参数中的任意三个参数值；

步骤3、若步骤2中设置的参数含有焊缝熔深，则将焊缝熔深参数值与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则继续下一步骤，否则重新设定步骤2中的参数值；

步骤4、将步骤2中设定好的三个参数值代入无氧铜电子束焊接参数预测计算函数中，计算得到未知的第四个参数值，所述无氧铜电子束焊接参数预测计算函数为

h = 0.15U + 0.4I + 25 ÷ v－38

其中，h单位为mm，U单位为kV，I单位为mA，v单位为mm/s；

步骤5、若步骤4中计算得到的参数值为焊缝熔深参数值，则将焊缝熔深参数值h与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则返回步骤2设定的三个参数值和步骤4计算得到参数值作为无氧铜电子束焊接参数的预测值，否则重新设定步骤2中的参数值，重复步骤3、步骤4、步骤5，直至返回得到无氧铜电子束焊接参数的预测值为止。

以下介绍具体实施案例对本发明作具体介绍：

实例1.

取8件长度50mm，宽度20mm，厚度42mm的TU1无氧铜分别进行两两对接电子束焊接试验，共四组试验，焊缝长50mm，焊缝背面不加垫板，测量待焊处实际焊缝厚度H为42mm。

设定四组试验的加速电压U分别为U₁ =75 kV、U₂ =100 kV、U₃ =120 kV、U₄ =150kV。

设定四组试验的焊接速度v均为5mm/s。

设定四组试验的焊接电流I均为70mA。

将上述设定的加速电压U、焊接速度v和焊接电流I分别采用无氧铜电子束焊接参数预测计算方法得到：

h₁=6.25mm、h₂=10mm、h₃=13mm、h₄=17.5mm

分别使用上述确定的四组焊接参数：

U₁ =75 kV、v=5mm/s、I=70mA、h₁=6.25mm；

U₂ =100 kV、v=5mm/s、I=70mA、h₂=10mm；

U₃ =120 kV、v=5mm/s、I=70mA、h₃=13mm；

U₄ =150kV、v=5mm/s、I=70mA、h₄=17.5mm，进行试验焊接；

获得加速电压U-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图，见图2。

实例2.

取8件长度50mm，宽度20mm，厚度42mm的TU1无氧铜分别进行两两对接电子束焊接试验，共四组试验，焊缝长50mm，焊缝背面不加垫板，测量待焊处实际焊缝厚度H为42mm。

设定四组试验的焊接电流I分别为I₁=30mA、I₂=50mA、I₃=70mA、I₄=100mA。

设定四组试验的焊接速度v均为5mm/s。

设定四组试验的加速电压U均为150kV。

将上述设定的加速电压U、焊接速度v和焊接电流I分别采用无氧铜电子束焊接参数预测计算方法得到：

h₁=1.5mm、h₂=9.5mm、h₃=17.5mm、h₄=29.5mm

分别使用上述确定的四组焊接参数：

U =150kV、v=5mm/s、I₁=30mA、h₁=1.5mm；

U =150 kV、v=5mm/s、I₂=50mA、h₂=9.5mm；

U =150 kV、v=5mm/s、I₃=70mA、h₃=17.5mm；

U =150kV、v=5mm/s、I₄=100mA、h₄=29.5mm，进行试验焊接；

获得焊接电流I-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图，见图2。

实例3.

取8件长度50mm，宽度20mm，厚度42mm的TU1无氧铜分别进行两两对接电子束焊接试验，共四组试验，焊缝长50mm，焊缝背面不加垫板，测量待焊处实际焊缝厚度H为42mm。

设定四组试验的焊接速度v分别为v₁=2.5mm/s、v₂=5mm/s、v₃=7mm/s、v₄=15mm/s。

设定四组试验的焊接电流I=70mA。

设定四组试验的加速电压U=150kV。

将上述设定的加速电压U、焊接速度v和焊接电流I分别采用无氧铜电子束焊接参数预测计算方法得到：

h₁=22.5mm、h₂=17.5mm、h₃=16.07mm、h₄=14.17mm

分别使用上述确定的四组焊接参数：

U =150kV、v₁=5mm/s、I=70mA、h₁=22.5mm；

U =150 kV、v₂=5mm/s、I=70mA、h₂=17.5mm；

U =150 kV、v₃=5mm/s、I=70mA、h₃=16.07mm；

U =150kV、v₄=5mm/s、I=70mA、h₄=14.17mm，进行试验焊接；

获得焊接速度v-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线对比图，见图3。

由上述三个实施例可以明显看出采用本发明的无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，得到的加速电压U-焊缝熔深h计算曲线、焊接速度v-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线、焊接电流I-焊缝熔深h计算曲线与实测曲线拟合程度较高，达到了准确有效确定焊接主要参数的效果，从而在现场焊接中能够减少多次重复解剖被焊试样、提高焊接效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集待焊件焊缝处厚度数据H，单位为mm；

步骤2、设定加速电压U、焊接电流I、焊接速度v和焊缝熔深h四个参数中的任意三个参数值；

步骤3、若步骤2中设置的参数含有焊缝熔深，则将焊缝熔深参数值与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则继续下一步骤，否则重新设定步骤2中的参数值；

步骤4、将步骤2中设定好的三个参数值代入无氧铜电子束焊接参数预测计算函数中，计算得到未知的第四个参数值，所述无氧铜电子束焊接参数预测计算函数为

h = 0.15U + 0.4I + 25 ÷ v－38

其中，h单位为mm，U单位为kV，I单位为mA，v单位为mm/s；

步骤5、若步骤4中计算得到的参数值为焊缝熔深参数值，则将焊缝熔深参数值h与数据H做比较，若焊缝熔深参数值h小于等于H，则返回步骤2设定的三个参数值和步骤4计算得到参数值作为无氧铜电子束焊接参数的预测值，否则重新设定步骤2中的参数值，重复步骤3、步骤4、步骤5，直至返回得到无氧铜电子束焊接参数的预测值为止。

2.根据权利要求1所述的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，其特征在于， 步骤1中，当所述待焊件焊缝背面附有引出电子束焊缝钉尖缺陷的无氧铜垫板时，所述待焊件焊缝处厚度数据H的值为待焊无氧铜零件的焊缝实际厚度数据H1与无氧铜垫板的实际厚度数据H2的数值之和。

3.根据权利要求2所述的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，其特征在于，所述无氧铜垫板的实际厚度数据H2的值不小于待焊无氧铜零件的焊缝实际厚度数据H1值的30%。

4.根据权利要求1所述的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，其特征在于，所述无氧铜为TU1无氧铜和TU2无氧铜中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种无氧铜电子束焊接参数预测计算方法，其特征在于，所述焊接加速电压U取值范围为75-150kV，所述焊接电流I取值范围为30-300mA，焊接速度v的取值范围为2-15mm/s。

6.一种无氧铜电子束焊接参数确定方法，采用如权利要求1-5中任意一项所述的无氧铜电子束焊接参数预测计算方法进行参数确定，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据电子束焊机的特点与性能，选定加速电压参数值；

步骤2、根据被焊无氧铜厚度和需要，选定焊接速度与焊缝熔深参数值；

步骤3、采用所述无氧铜电子束焊接参数预测计算方法得到焊接电流参数值；

步骤4、采用确定好的加速电压、焊接电流、焊接速度和焊缝熔深四个参数，试焊确定聚焦电流参数值。