CN108857032B - 一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法。该方法至少包括了确定补焊工艺区、打磨补焊工艺区、确定补焊点位线、在补焊工艺区补焊和确定辅助加热区的方法步骤，该补焊方法通过设计补焊工艺区，采用基于焊缝表面宽度确定焊接中心位置的方法，保证补焊位置区域的准确性；采用横枪电子束补焊实现深熔穿透焊接，提高补焊的工艺稳定性，有益于金属蒸气的排逸，消除气孔缺陷，改善焊缝成形，提高焊接质量；设计对称的辅助加热区，采用在补焊工艺区、辅助加热区分别进行横枪电子束补焊和散焦电子束加热的方法，降低焊接变形，解决了焊缝的局部缺陷问题。

Description

一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法

技术领域

本发明涉及横枪电子束焊接技术领域，特别是涉及一种适用于大厚度、大直径球壳的赤道焊缝的补焊方法。

背景技术

在海洋、船舶、化工、电力系统等工程领域，需要针对大厚度、大型球壳结构进行整体化焊接制造，特别是在最大直径赤道水平位置的焊接。通常这些大型球壳的厚度大于30mm、直径大于1米，焊缝长度超过3米。为了获得更好的焊接质量和使用性能，针对此类大尺寸、大厚度球壳结构，美国和日本等国家普遍采用电子束焊接制造技术，如美国阿尔文号载人深潜器球壳。但由于球壳赤道焊缝长度较长，将无法避免可能存在局部焊接缺陷。

受大型球壳结构形式的限制，传统焊接方法面临着如下难点和问题：

1）由于球壳直径尺寸大、厚度大，针对局部缺陷，只能采用小进给量的外部或内部逐层挖削，挖削难度大、效率低、周期长；

2）一般采用氩弧焊横焊补焊，需要多道焊，甚至需要进入球壳内部进行双面多道焊，手工焊接难度大，变形控制难大；

3）氩弧焊补焊过程中需要两侧进行气体保护，保护结构设计难度大。

基于上述难点和问题分析，发明人设计了一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例提供了一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，解决了大型球壳赤道焊缝上焊接缺陷部位的补焊难度大、效率低和质量差的问题。

本发明的实施例提出了一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，该方法至少包括以下方法步骤：

确定补焊工艺区，在赤道焊缝上焊接缺陷部位的两侧分别预留第一补焊搭接长度和第二补焊搭接长度，将所述第一补焊搭接长度、所述第二补焊搭接长度和所述焊接缺陷部位沿赤道焊缝的长度区域作为第一补焊工艺区，并在所述第一补焊工艺区的两侧分别设计补焊引流区和补焊收束流区，将所述第一补焊工艺区、所述补焊引流区和补焊收束流区沿赤道焊缝的长度区域作为第二补焊工艺区；

打磨补焊工艺区，采用磨削方式去除所述第一补焊工艺区的焊缝余高；

确定补焊点位线，在所述第二补焊工艺区所在的赤道焊缝上，每间隔预设长度的距离，测量记录焊缝的表面宽度，基于焊缝的表面宽度数据，标记出焊接中心点位，获得补焊点位线，用于确定补焊的焊接中心位置；

在补焊工艺区补焊，调整横枪电子束的束斑位置，使电子束对中所述补焊点位线，采用深熔匙孔焊接工艺，使电子束的束流穿透所述第一补焊工艺区的厚度，实现焊缝双面成形；

确定辅助加热区，在与所述第二补焊工艺区对称的另一侧赤道焊缝上，确定辅助加热区，在不熔化条件下采用散焦电子束循环加热所述辅助加热区，用于抑制电子束补焊中的焊接应力和变形。

进一步地，在所述确定补焊工艺区的方法中还包括，所述第一补焊搭接长度和所述第二补焊搭接长度均为20 mm～30 mm。

进一步地，在所述确定补焊工艺区的方法中还包括，所述补焊引流区域和所述补焊收束流区域的长度均为20 mm～50mm。

进一步地，在所述确定补焊点位线的方法中还包括，在所述第二补焊工艺区所在的赤道焊缝上，每间隔预设长度的距离为5 mm～10mm，进行测量记录焊缝的表面宽度。

进一步地，所述在补焊工艺区补焊的方法中还包括，在所述补焊引流区补焊引束流，在所述第一补焊工艺区进行补焊焊接，在所述补焊收束流区进行补焊收束流。

进一步地，所述确定辅助加热区的方法还包括，所述辅助加热区与所述第二补焊工艺区成180°对称，且所述第一补焊工艺区、所述补焊引流区和所述补焊收束流区的总长度与所述辅助加热区的长度相当。

进一步地，所述确定辅助加热区的方法还包括，采用散焦电子束循环加热所述辅助加热区，加热时间为10 min～30min。

综上，本发明的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其产生的有益效果如下：

1）通过设计补焊工艺区，基于表面焊缝宽度确定补焊的中心位置，保证了横枪电子束补焊位置的准确性；

2）采用横枪电子束补焊易于实现深熔穿透焊接，提高了补焊工艺的稳定性，有益于金属蒸气的正、反两侧排逸，有利于消除气孔缺陷，同时改善了焊缝成形，提高了焊接质量。

3）通过设计与补焊工艺区对称的辅助加热区，采用横枪电子束焊接完成补焊，同步进行辅助加热区的散焦电子束加热，提高了电子束热输入的均匀性和对称性，从而降低了焊接应力变形，提高了零件尺寸精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法应用场景示意图。

图2是本发明实施例的球壳赤道焊缝上的局部缺陷焊缝位置示意图。

图3是本发明实施例的球壳赤道焊缝上的辅助加热位置示意图。

图中：

1-球壳；2-赤道焊缝；3-焊接缺陷部位；4-第一补焊工艺区；5-补焊点位线；6-补焊引流区；7-补焊收束流区；8-辅助加热区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法应用场景示意图。图2 局部缺陷焊缝位置示意图。如图1和图2所示，以内径为2.1米、厚度为56毫米的大型球壳1为例。在球壳1的赤道焊缝2上的焊接缺陷部位3存在局部焊接气孔缺陷。采用本发明提供的补焊方法能够解决该球壳1的赤道焊缝2的局部焊接缺陷，具体的焊接方法包括以下S110~ S150方法步骤：

S110为确定补焊工艺区步骤，即，在球壳1的赤道焊缝2上焊接缺陷部位3的两侧分别预留第一补焊搭接长度和第二补焊搭接长度，将第一补焊搭接长度、第二补焊搭接长度和焊接缺陷部位3沿赤道焊缝2的长度区域作为第一补焊工艺区4，并在该第一补焊工艺区4的两侧分别设计补焊引流区6和补焊收束流区7，将第一补焊工艺区4、补焊引流区6和补焊收束流区7沿赤道焊缝2的长度区域作为第二补焊工艺区。以保证足够的补焊区域长度和引/收束流距离，尽可能将焊接气孔等缺陷全部排除。

在本步骤中，优选方法还包括，第一补焊搭接长度和第二补焊搭接长度均为20 mm～30 mm，补焊引流区域6和补焊收束流区域7的长度均为20 mm～50mm。

S120为打磨补焊工艺区步骤，采用机械磨削方式去除第一补焊工艺区4的焊缝余高。

S130为确定补焊点位线步骤，在第二补焊工艺区所在的赤道焊缝2上，每间隔预设长度的距离，测量记录焊缝的表面宽度，基于焊缝的表面宽度数据，确定并标记出各测量部位的焊接中心点位，获得补焊点位线5，用于确定补焊的焊接中心位置，以保证补焊电子束对中的准确性。

在本步骤中，优选方法还包括，在第二补焊工艺区所在的赤道焊缝2上，每间隔预设长度的距离为5 mm～10mm，进行测量记录焊缝的表面宽度。

S140为在补焊工艺区补焊步骤，通过调整横枪电子束的束斑位置，使电子束对中补焊点位线5，采用深熔匙孔焊接工艺，使电子束的束流穿透第一补焊工艺区4的厚度，实现焊缝双面成形，有利于金属蒸气从焊缝正面、反面逸出，有利于消除气孔等缺陷，提高了电子束补焊工艺稳定性和焊接质量。

在本步骤中，优选方法还包括，在补焊引流区6补焊引束流，在第一补焊工艺区4进行补焊焊接，在补焊收束流区7进行补焊收束流。

S150为确定辅助加热区步骤，如图3所示的辅助加热位置，在与第二补焊工艺区对称的另一侧赤道焊缝上，确定辅助加热区8，在不熔化条件下采用散焦电子束循环加热该辅助加热区8，能够用于抑制电子束补焊中的焊接应力和变形。

在本步骤中，优选方法还包括，辅助加热区8与第二补焊工艺区成180°对称，且第一补焊工艺区4、补焊引流区6和补焊收束流区7的总长度与该辅助加热区8的长度相当。

作为另一种优先实施方式，确定辅助加热区的方法还包括，采用散焦电子束循环加热辅助加热区8，并且加热时间为10 min～30min。通过对辅助加热区8的加热，提高了球壳结构电子束热输入的均匀性和对称性，有利于降低电子束补焊的焊接应力和变形。

综上，本发明主要针对大型球壳结构的局部焊接缺陷问题进行补焊，通过提供一种横枪水平电子束补焊方法，设计补焊工艺区，采用基于焊缝表面宽度确定焊接中心位置的方法，保证补焊位置区域的准确性；采用横枪电子束补焊实现深熔穿透焊接，提高补焊的工艺稳定性，有益于金属蒸气的排逸，消除气孔缺陷，改善焊缝成形，提高焊接质量；设计对称的辅助加热区，采用在补焊工艺区、辅助加热区分别进行横枪电子束补焊和散焦电子束加热的方法，降低焊接变形，解决了焊缝的局部缺陷问题。采用本发明的补焊方法完成的球壳模拟件补焊焊缝表面成形良好，采用X射线探伤检查焊接质量满足Ⅰ级，焊接收缩变形尺寸可控制在1.5mm以内。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，包括：

确定补焊工艺区，在赤道焊缝上焊接缺陷部位的两侧分别预留第一补焊搭接长度和第二补焊搭接长度，将所述第一补焊搭接长度、所述第二补焊搭接长度和所述焊接缺陷部位沿赤道焊缝的长度区域作为第一补焊工艺区，并在所述第一补焊工艺区的两侧分别设计补焊引流区和补焊收束流区，将所述第一补焊工艺区、所述补焊引流区和补焊收束流区沿赤道焊缝的长度区域作为第二补焊工艺区；

打磨补焊工艺区，采用磨削方式去除所述第一补焊工艺区的焊缝余高；

确定补焊点位线，在所述第二补焊工艺区所在的赤道焊缝上，每间隔预设长度的距离，测量记录焊缝的表面宽度，基于焊缝的表面宽度数据，标记出焊接中心点位，获得补焊点位线，用于确定补焊的焊接中心位置；

在补焊工艺区补焊，调整横枪电子束的束斑位置，使电子束对中所述补焊点位线，采用深熔匙孔焊接工艺，使电子束的束流穿透所述第一补焊工艺区的厚度，实现焊缝双面成形；

确定辅助加热区，在与所述第二补焊工艺区对称的另一侧赤道焊缝上，确定辅助加热区，在不熔化条件下采用散焦电子束循环加热所述辅助加热区，用于抑制电子束补焊中的焊接应力和变形。

2.根据权利要求1所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，在所述确定补焊工艺区的方法中还包括，所述第一补焊搭接长度和所述第二补焊搭接长度均为20mm～30 mm。

3.根据权利要求1或2所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，在所述确定补焊工艺区的方法中还包括，所述补焊引流区和所述补焊收束流区的长度均为20mm～50mm。

4.根据权利要求1所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，在所述确定补焊点位线的方法中还包括，在所述第二补焊工艺区所在的赤道焊缝上，每间隔预设长度的距离为5 mm～10mm，进行测量记录焊缝的表面宽度。

5.根据权利要求1所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，所述在补焊工艺区补焊的方法中还包括，在所述补焊引流区补焊引束流，在所述第一补焊工艺区进行补焊焊接，在所述补焊收束流区进行补焊收束流。

6.根据权利要求1所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，所述确定辅助加热区的方法还包括，所述辅助加热区与所述第二补焊工艺区成180°对称，且所述第一补焊工艺区、所述补焊引流区和所述补焊收束流区的总长度与所述辅助加热区的长度相当。

7.根据权利要求1或6所述的球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法，其特征在于，所述确定辅助加热区的方法还包括，采用散焦电子束循环加热所述辅助加热区，加热时间为10min～30min。

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