CN109317809B - 一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，属于金属材料及工艺技术领域。一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，涉及焊接结构形式设计及特定的焊接工艺流程，用于2219铝合金小直径管嘴与贮箱壳体进行可靠连接，在小直径管嘴焊口设计了一种特殊结构的“上锁底”环形凸台，这种结构的管嘴装配到贮箱壳体开孔处形成带“上锁底”结构的环形对接焊缝。通过高能束焊接将二者焊接起来，形成可靠焊接接头。包括焊接结构形式设计和焊接工艺方法。

Description

一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，属于金属材料及工艺技术领域，用于上面级贮箱小直径管嘴与贮箱壳体及其类似结构的可靠连接，所述的小直径是指管嘴的底部翻边直径为20-80mm。
背景技术
上面级贮箱位于火箭顶端，用于深空探测、高轨道卫星发射，应用在长征三号系列火箭上。上面级贮箱由前底、筒段、后底和口盖等部件焊接组成。其中，贮箱前底上需要焊接小直径管嘴，如图1。
该焊接结构形式如图2，管嘴焊口直径d很小，通常为20～80mm。目前工艺为电子束焊接，焊缝表面会有一定程度的下凹。焊接裂纹位于焊缝中心，为洁净裂纹。原因分析如下：由于电子束焊接是形成小孔的穿透焊接，电子束流对熔池有一定的下压作用力，使焊缝表面存在一定程度的下凹变形。熔池在凝固过程中，会受到表面张力的作用。由于熔池处于下凹状态，因此表面张力会有一个横向外分量和一个向上的分量，这两个分力使焊接熔池在凝固的固液共存阶段处于平面应变状态，再加上冷却过程中由于结构拘束产生的拉应力作用，因而极易出现焊接裂纹。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，该方法基于焊缝表面下凹会是促使产生焊接裂纹另一个重要因素，采取特定的焊接结构及焊接工艺，使焊缝不下凹，改善焊接熔池在凝固过程中的受力状态从而消除焊接裂纹，设计了一种管嘴“单侧上锁底”焊接结构，采用高能束焊接方法，解决了铝合金贮箱小直径管嘴与壳体焊接容易出裂纹的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，该方法的步骤包括：
(1)在铝合金小直径管嘴的翻边的上表面加工一环形凸台；
(2)清洗铝合金小直径管嘴和贮箱壳体，并烘干；
(3)将铝合金小直径管嘴安装到贮箱壳体的开口位置处，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体的开口位置之间形成焊缝；
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接，焊接时，高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心，完成铝合金贮箱小直径管嘴与贮箱壳体的焊接。
所述的步骤(1)中，该环形凸台为一空心圆柱，设该空心圆柱的内半径为R1，外半径为R2，即该空心圆柱的内径为2R1，外径为2R2，则半径为(R1+R2)/2的圆与该铝合金小直径管嘴的翻边的边缘重合。
所述的步骤(1)中，管嘴的底部翻边外径d为20-80mm。
所述的步骤(2)中，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体均为2219铝合金。
所述的步骤(3)中，贮箱壳体开口直径d为20-80mm，焊接厚度δ为2-8mm。
所述的步骤(3)中，形成的焊缝直径为d为20-80mm。
所述的步骤(1)中，环形凸台的高度a为1-5mm，径向厚度b＝R2-R1，b为2-6mm。
所述的步骤(1)中，环形凸台的材料为2219铝合金。
所述的步骤(4)中，采用激光焊的方法进行焊接时，参数如下：光斑直径0.3～0.5mm，离焦量-5mm～5mm，激光功率2200～3200W，焊接速度15～25mm/s。
所述的步骤(4)中，采用高能电子束焊的方法进行焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流18～28mA，离焦量0～-2mm，焊接速度15～25mm/s。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)通过特殊的焊接结构设计配合高能束焊接工艺，改变了采用一般焊接结构和高能束焊接工艺焊接时熔池的受力状态，很好抑制了焊接裂纹倾向，提高了焊接质量。同时由于是仅在贮箱管嘴上预置“单侧锁底”，不仅避免了普通双侧凸台而带来的贮箱壳体开口加工难度，同时又能达到“双侧成形”的效果。
(2)本发明属于金属连接领域，一种将2219铝合金材质的小直径管嘴与同种材质的铝合金贮箱壳体进行可靠连接的方法。该方法通过采用一种特殊的“上锁底”焊接结构形式设计及特定的焊接工艺，避免了常规电子束焊接因不能填丝导致焊缝下凹、因而产生焊接裂纹的问题，用本方法能完全实现小直径管嘴与球形壳体的可靠焊接。
(3)高能束对准“上锁底凸台”中心，同时也能对准焊缝中心，“上锁底凸台”熔化后形成焊缝余高，改善焊接熔池受力状态，达到抑制焊接裂纹的目的。
附图说明
图1为贮箱壳体上小直径管嘴；
图2为小直径管嘴原焊接结构；
图3为小直径管嘴“单侧上锁底”焊接结构。
具体实施方式
一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，该方法的步骤包括：
(1)在铝合金小直径管嘴的翻边的上表面且位于焊口位置处加工一环形凸台，该环形凸台的一半位于该铝合金小直径管嘴的翻边的上表面，另一半处于悬空状态；
(2)清洗铝合金小直径管嘴和贮箱壳体，并烘干；
(3)将铝合金小直径管嘴安装到贮箱壳体的开口位置处，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体的开口位置之间形成焊缝；
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接，焊接时，高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心；
所述的步骤(2)中，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体均为2219铝合金；
所述的步骤(1)中，管嘴的底部翻边外径d(20-80mm)，焊接厚度δ(2-8mm)；
所述的步骤(3)中，贮箱壳体开口直径d(20-80mm)，焊接厚度δ(2-8mm)；
所述的步骤(3)中，形成的焊缝直径为d(20-80mm)；
所述的步骤(1)中，在管嘴焊口端部预留“上锁底”环形凸台，凸台尺寸高度a(1.0-5mm)，径向厚度b(2-6mm)；环形凸台的材料为2219铝合金；
所述的步骤(4)中，采用激光焊的方法进行焊接时，参数如下：光斑直径0.3～0.5mm，离焦量-5mm～5mm，激光功率2200～3200W，焊接速度15～25mm/s；
所述的步骤(4)中，采用高能电子束焊的方法进行焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流18～28mA，离焦量0～-2mm，焊接速度15～25mm/s；
得到的焊缝正面不凹陷且有一定余高，焊缝质量能达到GJB1718-2005Ⅰ级标准，焊接接头具有良好的力学性能。
在铝合金小直径管嘴焊口预置一圈环形凸台，保持贮箱壳体为单开孔状态，即“单侧上锁底”焊接结构。
一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，涉及焊接结构形式设计及特定的焊接工艺流程，用于2219铝合金小直径管嘴与贮箱壳体进行可靠连接，在小直径管嘴焊口设计了一种特殊结构的“上锁底”环形凸台，这种结构的管嘴装配到贮箱壳体开孔处形成带“上锁底”结构的环形对接焊缝。通过高能束焊接将二者焊接起来，形成可靠焊接接头。包括焊接结构形式设计和焊接工艺方法。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-图3所示；
1、加工2219铝合金材质的管嘴并贮箱壳体相应位置处开口，开口直径比管嘴焊口直径大0.05～0.08mm，“单侧上锁底”环形凸台截面尺寸a＝1.0～5，b＝2～6mm，基材厚度δ＝3.0mm；
2、对管嘴和贮箱壳体进行除油、清洗、烘干处理；
3、进行装配；
4、采用激光焊接，参数如下：光斑直径0.3～0.5mm，离焦量-5mm～5mm，
激光功率2200～3200W，焊接速度15～25mm/s；
5、经X射线检测焊缝质量达到GJB1718-2005Ⅰ级标准，经0.8MPa、15min液压检测，焊缝无泄漏。
实施例2
如图1-图3所示；
1、加工2219铝合金材质的管嘴并贮箱壳体相应位置处开口，开口直径比管嘴焊口直径大0.05～0.08mm，“单侧上锁底”环形凸台截面尺寸a＝1.0～5，b＝2～6mm；
2、对管嘴和贮箱壳体进行除油、清洗、烘干处理；
3、将二者进行装配；
4、采用电子束焊接，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流18～28mA，离焦量0～-2mm，焊接速度15～25mm/s；
5、经X射线检测焊缝质量达到GJB1718-2005Ⅰ级标准，经0.8MPa、15min液压检测，焊缝无泄漏。

Claims (1)

1.一种铝合金贮箱小直径管嘴焊接方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)在铝合金小直径管嘴的翻边的上表面加工一环形凸台；
(2)清洗铝合金小直径管嘴和贮箱壳体，并烘干；
(3)将铝合金小直径管嘴安装到贮箱壳体的开口位置处，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体的开口位置之间形成焊缝；
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接，焊接时，高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心，完成铝合金贮箱小直径管嘴与贮箱壳体的焊接；
所述的步骤(1)中，该环形凸台为一空心圆柱，设该空心圆柱的内半径为R1，外半径为R2，即该空心圆柱的内径为2R1，外径为2R2，则半径为(R1+R2)/2的圆与该铝合金小直径管嘴的翻边的边缘重合；
所述的步骤(1)中，管嘴的底部翻边外径d为20-80mm；
所述的步骤(2)中，铝合金小直径管嘴和贮箱壳体均为2219铝合金；
所述的步骤(3)中，贮箱壳体开口直径d为20-80mm，焊接厚度δ为2-8mm；
所述的步骤(3)中，形成的焊缝直径为d为20-80mm；
所述的步骤(1)中，环形凸台的高度a为1-5mm，径向厚度b＝R2-R1，b为2-6mm；
所述的步骤(1)中，环形凸台的材料为2219铝合金；
所述的步骤(4)中，采用激光焊的方法进行焊接时，参数如下：光斑直径0.3～0.5mm，离焦量-5mm～5mm，激光功率2200～3200W，焊接速度15～25mm/s；
所述的步骤(4)中，采用高能电子束焊的方法进行焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流18～28mA，离焦量0～-2mm，焊接速度15～25mm/s。
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