CN109807450A - 一种涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法，该工艺在先预焊180°，使涡轮与涡轮轴先有足够的对抗下一步180°满焊产生的热应力，空转5周后，使180°满焊区冷却，产生能足够对抗剩余的180°满焊产生的热应力，从来减少整个焊接过程的热应力对涡轮与涡轮轴相对跳动的影响。

Description

一种涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法

技术领域

本发明涉及涡轮增压器设备技术领域，特别是一种涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法。

背景技术

涡轮增压器可用在内燃机中来压缩吸入空气以便获得发动机较高的热效率、动力输出、转矩和燃油经济性。涡轮与涡轮轴的装配固定是涡轮增压器生产中的关键技术之一，对提高涡轮增压器的产品质量及降低产品成本起着重要作用。

在现有技术中已知的是，利用电子束焊接方法来连接涡轮和轴组件，与惯性摩擦焊接相比焊后加工较少且平衡可能较少。电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源，用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属，使其快速熔融，然后迅速冷却来达到焊接的目的。涡轮轴与涡轮的焊接采用此先进设备。其焊接优点是：焊接的能量密度高，可焊接一般电弧焊难以实现的焊缝；焊接是在真空中进行，焊缝的化学成分稳定且纯净，接头强度高；焊缝质量高，焊接速度快，热影响区小，焊接热变形小。

涡轮和涡轮轴的结构如图1所示，涡轮轴2的尾端与涡轮1的前端面同轴焊接固定，焊缝3置于涡轮轴2与涡轮1连接处；传统的涡轮轴电子束焊工艺为①点焊（3点或多点）→②360°满焊→③满焊超出一定角度（5-200°均可），如图2A至图2C，其焊接参数参见图3束流在点焊时控制为7mA， 3个点焊点按照120°均布选取，满焊时控制在9.5mA，满焊起点设置在451°，满焊至少一周；该工艺在满焊的过程中由于焊接高温（约2000℃），使得焊缝即涡轮与涡轮轴的连接处处于短暂的熔融状态，在经过冷却后，熔融区硬化后，由于热应力释放的不均匀导致涡轮与涡轮轴产生位置的偏移，即两者的相对跳动发生变化。受到此工艺的限制，目前涡轮轴总成设计中对涡轮与涡轮轴的相对跳动一般都规定在0.20mm以内。

在电子束焊的过程中，设计一种新的焊接工艺以减少热应力释放不均匀造成的位置偏移，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少热应力释放不均匀的涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法，包括如下步骤：

A、使用小电流对焊缝区进行180°预焊，焊接束流控制在5mA。

B、将焊接束流调整至9.5mA，对焊缝区未进行预焊的180°区域进行满焊。

C、将焊接后的涡轮轴和涡轮空转5周，使满焊部分冷却。

D、对步骤A中的预焊区域进行满焊。

该工艺在先预焊180°，使涡轮与涡轮轴先有足够的对抗下一步180°满焊产生的热应力，空转5周后，使180°满焊区冷却，产生能足够对抗剩余的180°满焊产生的热应力，从来减少整个焊接过程的热应力对涡轮与涡轮轴相对跳动的影响。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是涡轮轴和涡轮焊接后的结构示意图；

图2A、图2B、图2C是现有的涡轮轴电子束焊的操作示意图；

图3是现有的涡轮轴电子束焊接角度和束流的关系图；

图4A、图4B、图4C是本发明实施例1的涡轮轴电子束焊的操作示意图；

图5是本发明实施例1的涡轮轴电子束焊接角度和束流的关系图。

图中：涡轮1，涡轮轴2，焊缝3。

具体实施方式

实施例1 本实施例的涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法，包括如下步骤：步骤一焊前准备，将涡轮和涡轮轴的接合面进行加工与清理，清理方式包括化学清理和机械方法清除，使用煤油、或汽油、或丙酮对涡轮轴和涡轮进行清洗；或是采用氯化烃类溶剂对涡轮和涡轮轴表面进行擦拭，再采用丙酮对涡轮和涡轮轴进行清洗；清理完毕后不能再用手或工具触及接合区，以免再次污染。

步骤二采用夹具对涡轮和涡轮轴进行装夹，并对装夹后的涡轮和涡轮轴标定角向位置，设定起始刻度；夹具采用中国授权专利CN203738222U中记载的涡轮轴电子束焊弹性夹具，在此不再详述。

步骤三，启动电子束焊机进行抽真空。

步骤四，设置电子束焊机参数进行焊接，焊接过程如图4A至图4C、和图5所示，具体包括：

A、使用小电流对焊缝区进行180°预焊，焊接束流控制在5mA：将聚焦电流设置为1028mA，转速设置为16转/分钟，以起始刻度为基准，电子束焊机的第一电子束设定在涡轮旋转90°时进行焊接，实际起始焊接点为99.6°，预焊区域180°，终止焊接点设定在279.6°，实测预焊停止焊接点为289.2°。

B、将焊接束流调整至9.5mA，对焊缝区未进行预焊的180°区域进行满焊；以起始刻度为基准，在电子束焊机的第一电子束设定在涡轮旋转289.2°时进行焊接，实际起始焊接点为298.8°，满焊区域180°，终止焊接点设定在478.8°，实测预焊停止焊接点为488.4°。

C、将焊接后的涡轮轴和涡轮空转约周，使满焊部分冷却；根据步骤B的参数，涡轮可空转1780.8°。

D、对步骤A中的预焊区域进行满焊，以起始刻度为基准，在电子束焊机的第一电子束设定在涡轮旋转2269.2°时进行焊接，实际起始焊接点为2278.8°，满焊区域180°，终止焊接点设定在2458.8°，实测满焊停止焊接点为2468.4°。

对经上述方法完成焊接的涡轮和涡轮轴进行检测，涡轮的径向圆跳动小于0.15mm，端面圆跳动同样在0.15mm以内，有效降低了因热应力释放不均匀造成的位置偏移，提高了涡轮轴总成的转子平衡质量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种涡轮轴电子束焊二等分对角焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、使用小电流对焊缝区进行180°预焊，焊接束流控制在5mA；

B、将焊接束流调整至9.5mA，对焊缝区未进行预焊的180°区域进行满焊；

C、将焊接后的涡轮轴和涡轮空转5周，使满焊部分冷却；

D、对步骤A中的预焊区域进行满焊。