CN110508916B - 球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法，属于球形舱体赤道缝的电子束焊技术领域。本发明的一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，包括上半球壳和下半球壳；上半球壳的外缘向外凸出有上外凸环台、向内凸出有上内凸环台；下半球壳的外缘向外凸出有下外凸环台、向内凸出有下内凸环台，且下内凸环台的内端向上折弯形成有锁底止口；上半球壳组装于下半球壳上，上半球壳与下半球壳之间留有用于焊接时排气的装配间隙；其中，上外凸环台位于下外凸环台上方，组合形成外凸环台接头；上内凸环台位于下内凸环台上方，并位于锁底止口内侧，组合形成内凸环台接头。本发明能够避免球形舱体内壁出现焊接飞溅，确保焊缝质量。

Description

球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法
技术领域
本发明涉及一种电子束焊接接头结构，特别是一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法，属于球形舱体赤道缝的电子束焊技术领域。
背景技术
球形舱体的赤道缝焊接常采用手工焊条电弧焊的方式，该种焊接方式灵活方便通用性强，但是存在不可避免的焊接飞溅。因此，当球形舱体的内壁不允许有焊接飞溅时，手工焊条电弧焊就不能够适用了。
某球形舱体由上、下半球壳组成，根据设计要求，该球形舱体采用电子束焊接赤道缝实现上、下半球壳的装配连接，但焊后球形舱体内壁不允许有焊接飞溅、且焊缝要求满足100％RT+100％UT探伤Ⅰ级合格。
为了避免球形舱体内壁出现焊接飞溅，确保焊缝质量；因此，本发明提出了一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法，本发明能够避免球形舱体内壁出现焊接飞溅，确保焊缝质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，包括上半球壳和下半球壳；
上半球壳的外缘向外凸出有上外凸环台、向内凸出有上内凸环台；
下半球壳的外缘向外凸出有下外凸环台、向内凸出有下内凸环台，且下内凸环台的内端向上折弯形成有锁底止口；
上半球壳组装于下半球壳上，组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳与下半球壳之间留有用于焊接时排气的装配间隙；其中，
上外凸环台位于下外凸环台上方，组合形成外凸环台接头；
上内凸环台位于下内凸环台上方，并位于锁底止口内侧，组合形成内凸环台接头。
采用本发明的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构的设计时，明显的，电子束焊接接头结构指的是上半球壳和下半球壳施焊之前的焊接接头形式。由于在电子束焊的焊接过程中，使得焊缝正面不可避免的出现熔池金属的塌陷，因此，得益于外凸环台接头的设计，使得塌陷区域能够位于外凸环台接头位置；在施焊过程中，由于有金属蒸汽的反冲作用，使得焊缝正面将不可避免的出现喇叭口，得益于外凸环台接头的设计，使得喇叭口区域能够位于外凸环台接头位置；施焊完成后，打磨去除外凸环台接头，能够确保焊缝的质量。考虑到电子束功率脉动的影响以及电子束针尖缺陷，得益于内凸环台接头的设计，使得电子束功率脉动影响区域以及电子束针尖缺陷区域能够位于内凸环台接头位置；施焊完成后，打磨去除内凸环台接头，能够确保焊缝的质量。得益于锁底止口的设计，能够在上半球壳和下半球壳组装时起到定位的作用，结合装配间隙C的设计，使得上半球壳与下半球壳之间形成了放气通道(放气口朝上)，在施焊过程中，气体通过装配间隙C最终从上内凸环台与锁底止口之间的形成的放气口排出，使得焊接过程中的排气顺畅，避免焊接气孔缺陷的产生。锁底止口是设计在下内凸环台的内端，因此，上内凸环台与锁底止口之间形成的放气口是朝上的，在焊接过程中，气体向上排出，并且得益于锁底止口的设计，能够杜绝熔融金属飞溅到球形舱体内壁。如果锁底止口不是设计在下内凸环台的内端，而是锁底止口设计在上内凸环台的内端，那么放气口朝下的，容易出现熔融金属飞溅到球形舱体内壁的情况；因此，必须是锁底止口设计在下内凸环台的内端，即下内凸环台的内端向上折弯形成有锁底止口。施焊完毕后，最终外凸环台接头与内凸环台接头是需要打磨去除的，使得最终形成的球形舱体的赤道焊缝截面较为均匀，焊接力学性能较为均匀，焊缝的质量可靠。
可供选择的，下外凸环台的外侧下部向外凸出有工艺环台。工艺环台的设计，通过工艺环台使得球形舱体装夹到旋转台上；能够避免旋转台与球形舱体的外壁直接接触。得益于工艺环台的设计，焊缝正面熔池金属塌陷可以流到工艺环台上，能够避免出现熔池金属流到或飞溅到球形舱体外壁的情况发生。
可供选择的，上内凸环台的底面与外侧面的交汇处设有倒角。倒角的设计能够增大上内凸环台与下内凸环台、锁底止口的拐角处形成的放气通道的截面积，放气通道在拐角处的截面积较大，有利于提高焊接时排气的顺畅性。
可供选择的，锁底止口的顶面与内侧面的交汇处设有钝边；或/和,上内凸环台的顶面与外侧面的交汇处设有钝边。使得上内凸环台与锁底止口之间形成的放气口截面积变大，有利于焊接时气体的排出。
可供选择的，上外凸环台的外侧面与下外凸环台的外侧面平齐。
可供选择的，上内凸环台的顶面与锁底止口的顶面平齐。
优选的，所述装配间隙C为0.05mm-0.5mm。即0.05mm≤C≤0.5mm，能够确保焊缝的质量。
优选的，上半球壳以及下半球壳的装配面的粗糙度不大于Ra1.6，平面度不大于0.02mm。能够确保焊缝的质量。
一种球形舱体赤道缝的电子束焊接焊接方法，采用上述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，使上半球壳与下半球壳组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳与下半球壳的组合处形成赤道缝；
采用电子束焊的焊接方式，从赤道缝外侧施焊，使上半球壳与下半球壳通过赤道焊缝相连；
打磨去除外凸环台接头与内凸环台接头。
进一步的，在施焊赤道缝时，采用横焊的焊接位置；其中，电子束焊的焊枪水平固定，待焊接的球形舱体旋转。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法；得益于外凸环台接头的设计，使得电子束焊时形成的塌陷区域与喇叭口区域位于外凸环台接头位置；得益于内凸环台接头的设计，使得电子束功率脉动影响区域以及电子束针尖缺陷区域能够位于内凸环台接头位置；得益于锁底止口的设计，能够起到定位的作用，结合装配间隙C的设计，使得上半球壳与下半球壳之间形成了放气通道(放气口朝上)，使得焊接过程中的排气顺畅，避免焊接气孔缺陷的产生，能够杜绝熔融金属飞溅到球形舱体内壁。施焊完毕后，打磨去除外凸环台接头与内凸环台接头，最终形成的球形舱体的赤道焊缝截面较为均匀，焊接力学性能较为均匀，焊缝的质量可靠。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是球形舱体的示意图；
图2是球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构的示意图；
图3是图2中的A处放大图；
图4是图3的第一种变形示意图，其中，锁底止口的顶面与内侧面的交汇处设有钝边5；
图5是图3的第二种变形示意图，其中，上内凸环台的顶面与外侧面的交汇处设有钝边；
图6是图3的第三种变形示意图，其中锁底止口的顶面与内侧面的交汇处设有钝边；以及，上内凸环台的顶面与外侧面的交汇处也设有钝边；
图7是图2中的上半球壳与下半球壳分离时的截面示意图；
图8是施焊完毕时，赤道焊缝的示意图。
图中标记：1-上半球壳、11-上外凸环台、12-上内凸环台、13-倒角、2-下半球壳、21-下外凸环台、22-下内凸环台、23-锁底止口、24-工艺环台、3-外凸环台接头、4-内凸环台接头、5-钝边、6-赤道缝。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
如图1至图7所示，本实施例的一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，包括上半球壳1和下半球壳2；
上半球壳1的外缘向外凸出有上外凸环台11、向内凸出有上内凸环台12；
下半球壳2的外缘向外凸出有下外凸环台21、向内凸出有下内凸环台22，且下内凸环台22的内端向上折弯形成有锁底止口23；
上半球壳1组装于下半球壳2上，组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳1与下半球壳2之间留有用于焊接时排气的装配间隙C；其中，
上外凸环台11位于下外凸环台21上方，组合形成外凸环台接头3；
上内凸环台12位于下内凸环台22上方，并位于锁底止口23内侧，组合形成内凸环台接头4。
采用本发明的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构的设计时，明显的，电子束焊接接头结构指的是上半球壳1和下半球壳2施焊之前的焊接接头形式。由于在电子束焊的焊接过程中，使得焊缝正面不可避免的出现熔池金属的塌陷，因此，得益于外凸环台接头3的设计，使得塌陷区域能够位于外凸环台接头3位置；在施焊过程中，由于有金属蒸汽的反冲作用，使得焊缝正面将不可避免的出现喇叭口，得益于外凸环台接头3的设计，使得喇叭口区域能够位于外凸环台接头3位置；施焊完成后，打磨去除外凸环台接头3，能够确保焊缝的质量。考虑到电子束功率脉动的影响以及电子束针尖缺陷，得益于内凸环台接头4的设计，使得电子束功率脉动影响区域以及电子束针尖缺陷区域能够位于内凸环台接头4位置；施焊完成后，打磨去除内凸环台接头4，能够确保焊缝的质量。得益于锁底止口23的设计，能够在上半球壳1和下半球壳2组装时起到定位的作用，结合装配间隙C的设计，使得上半球壳1与下半球壳2之间形成了放气通道(放气口51朝上)，在施焊过程中，气体通过装配间隙C最终从上内凸环台12与锁底止口23之间的形成的放气口51排出，使得焊接过程中的排气顺畅，避免焊接气孔缺陷的产生。锁底止口23是设计在下内凸环台22的内端，因此，上内凸环台12与锁底止口23之间形成的放气口51是朝上的，在焊接过程中，气体向上排出，并且得益于锁底止口23的设计，能够杜绝熔融金属飞溅到球形舱体内壁。如果锁底止口23不是设计在下内凸环台22的内端，而是锁底止口23设计在上内凸环台12的内端，那么放气口朝下的，容易出现熔融金属飞溅到球形舱体内壁的情况；因此，必须是锁底止口23设计在下内凸环台22的内端，即下内凸环台22的内端向上折弯形成有锁底止口23。施焊完毕后，最终外凸环台接头3与内凸环台接头4是需要打磨去除的，使得最终形成的球形舱体的赤道焊缝截面较为均匀，焊接力学性能较为均匀，焊缝的质量可靠。本发明特别适用于采用钛合金制成的球形舱体，当然也适用于其他金属材料制成的球形舱体。
可供选择的，在其中一实施例中，如图2、图7所示，下外凸环台21的外侧下部向外凸出有工艺环台24。工艺环台24的设计，通过工艺环台24使得球形舱体装夹到旋转台上；能够避免旋转台与球形舱体的外壁直接接触。得益于工艺环台24的设计，焊缝正面熔池金属塌陷可以流到工艺环台24上，能够避免出现熔池金属流到或飞溅到球形舱体外壁的情况发生。
可供选择的，在另一实施例中，如图3至图6所示，上内凸环台12的底面与外侧面的交汇处设有倒角13。倒角13的设计能够增大上内凸环台12(的倒角13处)与下内凸环台22、锁底止口23的拐角处(交汇处)形成的放气通道的截面积，放气通道在拐角处的截面积较大，有利于提高焊接时排气的顺畅性。倒角13可以是倒平角，也是以是倒圆角。作为优选，倒角13是倒平角，便于加工；优选的，所述倒角13的尺寸为0.5×45°。
可供选择的，锁底止口23的顶面与内侧面的交汇处设有钝边5；或/和,上内凸环台12的顶面与外侧面的交汇处设有钝边5。使得上内凸环台12与锁底止口23之间形成的放气口51截面积变大，有利于焊接时气体的排出。具体的，在其中一实施例中，如图4所示，锁底止口23的顶面与内侧面的交汇处设有钝边5。在另一实施例中，如图5所示，上内凸环台12的顶面与外侧面的交汇处设有钝边5。在另一实施例中，如图6所示，锁底止口23的顶面与内侧面的交汇处设有钝边5；以及，上内凸环台12的顶面与外侧面的交汇处也设有钝边5。当然，也可以不采用钝边的设计，如图3所示。
可供选择的，在其中一实施例中，上外凸环台11的外侧面与下外凸环台21的外侧面平齐。
可供选择的，在另一实施例中，上内凸环台12的顶面与锁底止口23的顶面平齐。
优选的，在其中一实施例中，所述装配间隙C为0.05mm-0.5mm。即0.05mm≤C≤0.5mm，能够确保焊缝的质量。
优选的，在另一实施例中，上半球壳1以及下半球壳2的装配面的粗糙度不大于Ra1.6，平面度不大于0.02mm。能够确保焊缝的质量。上半球壳1的装配面以及下半球壳2的装配面指的是，上半球壳1的外凸环台接头3，与下半球壳2的内凸环台接头4两相正对的面；上半球壳1的装配面与下半球壳2的装配面具有装配间隙C。
实施例二
如图1至图8所示，本实施例的一种球形舱体赤道缝的电子束焊接焊接方法，采用上述实施例的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，使上半球壳1与下半球壳2组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳1与下半球壳2的组合处形成赤道缝6；
采用电子束焊的焊接方式，从赤道缝6外侧施焊，使上半球壳1与下半球壳2通过赤道焊缝相连；
打磨去除外凸环台接头3与内凸环台接头4。具体的，电子束焊为真空电子束焊。
进一步的，在施焊赤道缝6时，采用横焊的焊接位置；其中，电子束焊的焊枪水平固定，待焊接的球形舱体旋转。待焊接的球形舱体装夹到旋转台上。
在其中一实施例中，采用本发明对采用钛合金的球形舱体赤道缝进行施焊，球形舱体的壁厚为56mm，外径为1106mm。真空电子束焊施焊完毕后，从球形舱体外侧打磨去除外凸环台接头3，从球形舱体的人孔进入球形舱体内部打磨去除内凸环台接头4。经检测，球形舱体的内壁无任何焊接飞溅，球形舱体的外壁也基本无焊接飞溅；赤道焊缝100％RT+100％UT探伤I级合格。
采用电子束焊的焊接方式施焊完毕后的赤道焊缝的截面图如图8所示，其中T1对应的是外凸环台接头3位置的焊缝段，T3对应的是内凸环台接头4位置的焊缝段。最终，T1、T3焊缝段是需要打磨去除的，保留了是T2焊缝段。
综上所述，采用本发明的一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构及其焊接方法，得益于外凸环台接头的设计，使得电子束焊时形成的塌陷区域与喇叭口区域位于外凸环台接头位置；得益于内凸环台接头的设计，使得电子束功率脉动影响区域以及电子束针尖缺陷区域能够位于内凸环台接头位置；得益于锁底止口的设计，能够起到定位的作用，结合装配间隙C的设计，使得上半球壳与下半球壳之间形成了放气通道(放气口朝上)，使得焊接过程中的排气顺畅，避免焊接气孔缺陷的产生，能够杜绝熔融金属飞溅到球形舱体内壁。施焊完毕后，打磨去除外凸环台接头与内凸环台接头，最终形成的球形舱体的赤道焊缝截面较为均匀，焊接力学性能较为均匀，焊缝的质量可靠。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，包括上半球壳（1）和下半球壳（2），其特征在于：
上半球壳（1）的外缘向外凸出有上外凸环台（11）、向内凸出有上内凸环台（12）；
下半球壳（2）的外缘向外凸出有下外凸环台（21）、向内凸出有下内凸环台（22），且下外凸环台（21）的外侧下部向外凸出有工艺环台（24），下内凸环台（22）的内端向上折弯形成有锁底止口（23）；
上半球壳（1）组装于下半球壳（2）上，组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳（1）与下半球壳（2）之间留有用于焊接时排气的装配间隙C，上内凸环台（12）与锁底止口（23）之间形成朝上的放气口（51），以使气体可通过装配间隙C后从放气口（51）排出；其中，
上外凸环台（11）位于下外凸环台（21）上方，组合形成外凸环台接头（3）；
上内凸环台（12）位于下内凸环台（22）上方，并位于锁底止口（23）内侧，组合形成内凸环台接头（4）。
2.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：上内凸环台（12）的底面与外侧面的交汇处设有倒角（13）。
3.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：锁底止口（23）的顶面与内侧面的交汇处设有钝边（5）；或/和, 上内凸环台（12）的顶面与外侧面的交汇处设有钝边（5）。
4.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：上外凸环台（11）的外侧面与下外凸环台（21）的外侧面平齐。
5.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：上内凸环台（12）的顶面与锁底止口（23）的顶面平齐。
6.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：所述装配间隙C为0.05mm-0.5mm。
7.如权利要求1所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，其特征在于：上半球壳（1）以及下半球壳（2）的装配面的粗糙度不大于Ra1.6，平面度不大于0.02mm。
8.一种球形舱体赤道缝的电子束焊接焊接方法，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接接头结构，使上半球壳（1）与下半球壳（2）组合形成待焊接的球形舱体，上半球壳（1）与下半球壳（2）的组合处形成赤道缝（6）；
采用电子束焊的焊接方式，从赤道缝（6）外侧施焊，使上半球壳（1）与下半球壳（2）通过赤道焊缝相连；
打磨去除外凸环台接头（3）与内凸环台接头（4）。
9.如权利要求8所述的球形舱体赤道缝的电子束焊接焊接方法，其特征在于：在施焊赤道缝（6）时，采用横焊的焊接位置；其中，电子束焊的焊枪水平固定，待焊接的球形舱体旋转。
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