CN110385517A - 一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明焊接技术领域,具体涉及一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法。包括采用机械加工方法,将钛合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理,提高待焊接面的表面质量;采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理,去除试件表面的油污与非金属杂质;使用焊接夹具与工装装配待焊接试件,保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定;使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。本发明使用激光清洗对材料进行焊前处理,不会对工件造成物理损坏,无需物理接触,操作简便,生产效率高;焊接后焊缝成形良好,焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷,焊接内部质量、常温力学性能均能达到标准要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域,具体涉及一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法。
背景技术
钛及钛合金因较高的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐高温等性能,被广泛应用于航空航天、海洋工程和石油化工等领域。
钛是一种活泼金属,高温下与氧、氮、氢反应速度较快,在250℃开始吸氢、400℃开始吸氧、600℃以上吸氮,因此为保证焊接质量,需对熔池和温度较高的部位进行有效保护。TA15钛合金的主要成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-2V,其具备较高的室温、高温强度以及良好的热稳定性。
激光清洗是一种高效环保的清洗方法,可以用于钛合金、钛合金、高温合金等材料焊前清理,去除材料表面的油污、氧化膜等,与传统的清洗方式相比,不会对工件造成物理损坏,无需物理接触;激光方向性、可达性好,易自动化;可选区清洗并且操作简便等优点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法,以解决如何提高钛合金电子束焊接质量的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提出一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法,该方法包括如下步骤:
S1、焊接面处理:采用机械加工方法,将钛合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理,提高待焊接面的表面质量;
S2、焊前准备:采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理,去除试件表面的油污与非金属杂质;
S3、装配:使用焊接夹具与工装装配待焊接试件,保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定;
S4、电子束焊接:使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
进一步地,钛合金为TA15钛合金。
进一步地,在步骤S1中,保证焊接面的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm,且平整、光洁、无毛刺,并保持棱角。
进一步地,激光清洗设备采用脉冲激光器,最大功率100W,频率0~100kHz,清洗宽度5~60mm,焦距250mm。
进一步地,在步骤S3中,两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm,错边不大于0.15mm,局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm。
进一步地,步骤S4具体包括:
S4.1、采用高压真空电子束焊机,将焊接夹具与工装放置在焊机的焊接平台上并固定,然后开始焊接;
S4.2、定位焊:先采用小电流找出焊接轨迹,保证电子束斑点位于焊缝中间位置;然后对待焊接试件进行定位焊;
S4.3、正式焊:定位焊后对焊缝进行正式焊接,正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接;
S4.4、修饰焊:正式焊接后对焊缝进行修饰焊;修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致,修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接;
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却冷却后取出。
进一步地,在步骤S4.1中,当电子束枪真空度低于1×10-5mbar,真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接。
进一步地,在步骤S4.2中,定位焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2130mA~2140mA;电子束流2.5mA~3.5mA;焊接速度8mm/s;偏摆X=1.5mm~2.0mm、Y=0mm。
进一步地,在步骤S4.3中,正式焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2130mA~2140mA;电子束流2.5mA~3.5mA;焊接速度8mm/s~9mm/s;偏摆X=2mm~3mm、Y=0mm;扫描频率20Hz。
进一步地,在步骤S4.4中,修饰焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2170mA~2180mA;电子束流2mA~3mA;焊接速度8mm/s~9mm/s;偏摆X=2.5mm~3.5mm、Y=0mm;扫描频率20Hz。
(三)有益效果
本发明提出的基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法,包括采用机械加工方法,将钛合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理,提高待焊接面的表面质量;采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理,去除试件表面的油污与非金属杂质;使用焊接夹具与工装装配待焊接试件,保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定;使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
本发明的优点在于:使用激光清洗对材料进行焊前处理,不会对工件造成物理损坏,无需物理接触,操作简便,生产效率高;焊接后焊缝成形良好,焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷,焊接内部质量、常温力学性能均能达到GJB1718A-2005中的Ⅰ级要求。
附图说明
图1为本发明实施例电子束焊接试件焊缝示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种基于激光清洗处理的TA15钛合金电子束焊接方法,TA15钛合金电子束焊接试件的规格为300mm×100mm×1.5mm,该电子束焊接方法包括如下步骤:
S1、焊接面处理:采用机械加工方法,将待焊接试件的待焊接面进行加工,保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm,且对接面平整、光洁、无毛刺,并保持棱角;
S2、焊前准备:将待焊接试件的待焊接面及附近20mm范围进行激光清洗处理,去除试件表面油污、非金属杂质等,激光清洗设备采用脉冲激光器,最大功率100W,频率0~100kHz,清洗宽度5~60mm可调,焦距250mm,采用手持激光清洗设备的方式进行清洗;
S3、装配:使用焊接夹具、工装装配待焊接试件,保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定,两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm,错边不大于0.15mm,局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm;
S4、电子束焊接,包括:
S4.1、采用高压真空电子束焊机,将焊接夹具、工装放置在焊机的焊接平台上并固定,当电子束枪真空度低于1×10-5mbar,真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接;
S4.2、定位焊:真空度满足要求后,先采用小电流找出焊接轨迹,即保证电子束斑点位于焊缝中间位置;然后对待焊接试件进行定位焊,定位焊长度约10mm~25mm,间距30mm~40mm;
定位焊工艺参数为:
加速电压:Ub=150kV;
聚焦电流:Ic=2130mA~2140mA;
电子束流:Ib=2.5mA~3.5mA;
焊接速度:V=8mm/s;
偏摆:X=1.5mm~2.0mm;Y=0mm;
S4.3、正式焊:定位焊后对焊缝进行正式焊接,正式焊时起弧、熄弧距离均为5mm~10mm,正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接;
正式焊工艺参数为:
加速电压:Ub=150kV;
聚焦电流:Ic=2130mA~2140mA;
电子束流:Ib=2.5mA~3.5mA;
焊接速度:V=8mm/s~9mm/s;
偏摆:X=2mm~3mm;Y=0mm;
扫描频率:f=20Hz;
S4.4、修饰焊:正式焊接后对焊缝进行修饰焊;修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致,修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接;
修饰焊工艺参数为:
加速电压:Ub=150kV;
聚焦电流:Ic=2170mA~2180mA;
电子束流:Ib=2mA~3mA;
焊接速度:V=8mm/s~9mm/s;
偏摆:X=2.5mm~3.5mm;Y=0mm;
扫描频率:f=20Hz;
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却15min~20min后再打开真空室舱门,待试件完全冷却后松开夹具取出试件;
S5、焊后质量检查,包括:
S5.1、焊后采用目视或借助于10倍以下放大镜对电子束焊缝进行外观质量检查,保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬边、凹陷等缺陷;
S5.2、焊后采用X射线对电子束焊缝进行无损检测,焊缝质量满足GJB1718A-2005中I级焊缝要求;
S5.3、对电子束焊缝制取常温拉伸试件,进行接头常温拉伸力学性能测试,焊缝常温拉伸强度达到母材的95%。
本实施例中的电子束焊接试件焊缝形式如图1所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于激光清洗处理的钛合金电子束焊接方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
S1、焊接面处理:采用机械加工方法,将钛合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理,提高待焊接面的表面质量;
S2、焊前准备:采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理,去除试件表面的油污与非金属杂质;
S3、装配:使用焊接夹具与工装装配待焊接试件,保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定;
S4、电子束焊接:使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
2.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,所述钛合金为TA15钛合金。
3.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S1中,保证焊接面的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm,且平整、光洁、无毛刺,并保持棱角。
4.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,所述激光清洗设备采用脉冲激光器,最大功率100W,频率0~100kHz,清洗宽度5~60mm,焦距250mm。
5.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S3中,两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm,错边不大于0.15mm,局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm。
6.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:
S4.1、采用高压真空电子束焊机,将焊接夹具与工装放置在焊机的焊接平台上并固定,然后开始焊接;
S4.2、定位焊:先采用小电流找出焊接轨迹,保证电子束斑点位于焊缝中间位置;然后对待焊接试件进行定位焊;
S4.3、正式焊:定位焊后对焊缝进行正式焊接,正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接;
S4.4、修饰焊:正式焊接后对焊缝进行修饰焊;修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致,修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接;
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却冷却后取出。
7.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S4.1中,当电子束枪真空度低于1×10-5mbar,真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接。
8.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S4.2中,所述定位焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2130mA~2140mA;电子束流2.5mA~3.5mA;焊接速度8mm/s;偏摆X=1.5mm~2.0mm、Y=0mm。
9.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S4.3中,所述正式焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2130mA~2140mA;电子束流2.5mA~3.5mA;焊接速度8mm/s~9mm/s;偏摆X=2mm~3mm、Y=0mm;扫描频率20Hz。
10.如权利要求1所述的电子束焊接方法,其特征在于,在所述步骤S4.4中,所述修饰焊工艺参数为:加速电压150kV;聚焦电流2170mA~2180mA;电子束流2mA~3mA;焊接速度8mm/s~9mm/s;偏摆X=2.5mm~3.5mm、Y=0mm;扫描频率20Hz。
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