CN110625242A - 一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置及方法。通过前法兰盘和后法兰盘对待焊接零件进行夹持，使用压紧横梁保证前后法兰盘的同轴度，并在压紧横梁上设置用于对待焊接零件进行压紧的压钉；拉拔横梁设置在待焊接零件的纵焊缝上方，中间留有通槽便于电子束焊缝；拉钉设置在拉拔横梁上且位于待焊接零件的纵焊缝左右两侧，用于与设置在待焊接零件上的带有螺纹孔的凸台进行连接，以在待焊接零件装配时将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接超长纵焊缝过程中下榻。焊接变形控制方法采用该变形控制装置，并在焊接前对零件分别进行对应的表面处理，从而有效保证异种材料的焊接质量，同时有效控制超长纵焊缝电子束焊接变形。

Description

一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置及方法
技术领域
本发明属于焊接变形控制技术领域，具体涉及一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置及方法。
背景技术
ZL114A是一种综合性能较好的铸造铝合金，热处理强化后的强度能达到300MPa，已经越来越多地应用到大型薄壁复杂铝合金结构件上。而舱段端框、蒙皮多采用5A06加工而成，端框、蒙皮与铸造铝合金结构件之间采用电子束焊接进行连接。
近年来，随着型号轻量化发展需要，对舱体重量、外形精度要求越来越严，同时舱体还需要保证一定的承压要求，故舱体的基本壁厚、焊接变形的控制难度较大。针对弱刚性薄壁铝合金超长纵焊缝舱体，采用常规的外表面留余量焊后机加的方法可保证舱体外形精度，但难以保证舱体重量及壁厚指标。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置及方法，以解决如何提高ZL114A和5A06异种材料电子束焊接质量，以及超长纵焊缝焊接过程中下榻变形的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置，该焊接变形控制装置包括前法兰盘、后法兰盘、压紧横梁、拉拔横梁顶杆、拉钉和压钉；其中，前法兰盘和后法兰盘用于对待焊接零件进行夹持，并能够带动待焊接零件进行旋转，以对待焊接零件上不同部位的超长纵焊缝进行焊接；两根刚性的压紧横梁连接于前后法兰盘之间，用于保证前后法兰盘的同轴度；顶杆设置在后法兰盘上，用于对待焊接零件进行压紧以控制零件间隙；拉拔横梁设置在待焊接零件的纵焊缝上方，中间留有通槽便于电子束焊缝；拉钉设置在拉拔横梁上且位于待焊接零件的纵焊缝左右两侧，用于与设置在待焊接零件上的带有螺纹孔的凸台进行连接，以在待焊接零件装配时将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接过程中下榻；压钉设置在压紧横梁上，用于对待焊接零件进行压紧。
进一步地，前法兰盘和后法兰盘上分别设置限位装置，限位装置与待焊接零件的前后端框上的工艺限位孔对应。
进一步地，拉拔横梁采用为不带磁的材料。
进一步地，拉拔横梁的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。
此外，本发明还提出一种舱体超长纵焊缝电子束焊接变形控制方法，该焊接变形控制方法包括如下步骤：
S1、对ZL114A材料的铸件采用高压洁净水冲洗去除表面杂质，然后进行烘干，对5A06材料的前端框、后端框和左右侧蒙皮采用酸洗方式清除表面油污与有机物；焊接前对待焊部位、上下表面范进行刮削，然后采用丙酮或者无水乙醇擦拭清理干净；
S2、装配：使用上述变形控制装置将加工到位的前端框、后端框、铸件、左右侧蒙皮按照模型图装配到位，形成舱体结构，检查焊接部位装配间隙及阶差质量；
S3、定位：采用打冲点的方式将各零件进行固定；
S4、电子束焊接，包括：
S4.1、将焊接变形控制装置放置在高压真空电子束焊机的焊接平台上并固定；
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，，然后对所有待焊接试样进行定位焊；
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，修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；
S4.5、焊后打开真空室舱门，待舱体完全冷却后拆除焊接变形控制装置，取出舱体。
S5、焊后质量检查：焊后对舱体焊缝进行检查。
进一步地，在步骤S1中，烘干温度为80℃、烘干时间不小于8h。
进一步地，在步骤S2中，焊接部位装配间隙及阶差均小于0.15mm。
进一步地，在步骤S2中，装配时先将前法兰盘与前端框装配到位并通过限位销固定，再依次将铸件、后端框装配到位，然后将后法兰盘与后端框装配到位并通过限位销固定；装配左右侧蒙皮，将后法兰盘上的顶杆顶紧后端框；将拉钉安装到拉拔横梁上，通过拉钉将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接过程中下榻。
进一步地，在步骤S4.2中，定位焊长度20mm～40mm，间距20mm～40mm。
进一步地，在步骤S4.3和S4.4中，正式焊与修饰焊时，起弧、熄弧距离均为5mm-10mm。
(三)有益效果
本发明提出的舱段超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置，包括前法兰盘、后法兰盘、压紧横梁、拉拔横梁顶杆、拉钉和压钉。通过前法兰盘和后法兰盘对待焊接零件进行夹持，使用压紧横梁保证前后法兰盘的同轴度，并在压紧横梁上设置用于对待焊接零件进行压紧的压钉；拉拔横梁设置在待焊接零件的纵焊缝上方，中间留有通槽便于电子束焊缝；拉钉设置在拉拔横梁上且位于待焊接零件的纵焊缝左右两侧，用于与设置在待焊接零件上的带有螺纹孔的凸台进行连接，以在待焊接零件装配时将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接超长纵焊缝过程中下榻。焊接变形控制方法采用该变形控制装置，并在焊接前对零件分别进行对应的表面处理，从而有效保证ZL114A和5A06异种材料的焊接质量，同时有效控制超长纵焊缝电子束焊接变形。
附图说明
图1为本发明实施例的焊接变形控制装置结构示意图；
图2为本发明实施例的具有超长纵焊缝的舱体结构示意图。
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。
本实施例提出一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置，其结构如图1所示。该装置包括前法兰盘1、后法兰盘2、压紧横梁3、拉拔横梁4、顶杆5、拉钉6和压钉。为保证各零件在电子束焊接时的相对位置，前法兰盘1和后法兰盘2上分别设置限位装置，该限位装置与待焊接的前后端框的两个工艺限位孔对应，从而有效控制前、后端框相对位置。前后法兰盘能够带动待焊接零件进行旋转，以焊接不同位置。该装置的左右两侧有两根刚性压紧横梁3，保证前后法兰盘的同轴度。后法兰盘2上设置的顶杆5用于保证将待焊接零件顶紧以控制零件间隙。拉拔横梁4设置在待焊接零件的纵焊缝上方，其中间留有通槽便于电子束焊缝，拉拔横梁4材料为不带磁的材料，如1Cr18Ni9Ti不锈钢，拉钉6设置在拉拔横梁4上且位于纵焊缝的左右两侧，在待焊接舱体纵焊缝两侧与拉钉6对应的部位粘接或焊接带有螺纹孔的凸台，其螺纹孔尺寸与拉钉6的螺纹一致，装配时采用拉钉6将纵焊缝两侧的零件向外拉紧，从而防止其在焊接超长纵焊缝过程中下榻。压钉设置在压紧横梁3上，用于对待焊接零件进行压紧。
采用上述焊接变形控制装置，对舱体结构的纵焊缝焊接进行变形控制。该舱体结构主要由前端框7、后端框8、铸件9、左右侧蒙皮10组成，其中铸件9的材料为ZL114A，前端框7、后端框8和左右侧蒙皮10的材料为5A06。超长纵焊缝11形成在左右侧蒙皮10之间，以及左右侧蒙皮10与铸件9之间，本实施例中，舱段超长纵焊缝电子束焊接变形控制方法，具体包括如下步骤：
S1、表面处理：针对铸造铝合金组织存在疏松的问题，对ZL114A材料的铸件9采用高压洁净水冲洗去除其表面杂质，然后采用烘干的方式去除铸件表面及内部的水分，烘干温度为80℃、烘干时间不小于8h。对5A06材料的前端框7、后端框8和左右侧蒙皮10则采用酸洗的方式清除表面油污、有机物等。焊接前对待焊部位、上下表面范围20mm处进行刮削，然后采用丙酮或者无水乙醇擦拭清理干净。
S2、装配：使用上述变形控制装置将加工到位的前端框7、后端框8、铸件9、左右侧蒙皮10按照模型图装配到位，检查焊接部位装配间隙及阶差质量，要求间隙及阶差均小于0.15mm。
装配时先将前法兰盘1与前端框7装配到位并通过限位销固定，再依次将铸件9、后端框8装配到位，然后将后法兰盘2与后端框8装配到位并通过限位销固定。装配左右侧蒙皮10，待左右侧蒙皮10安装到位后，将后法兰盘2上的5顶杆顶紧后端框8，保证各零件间隙不大于0.15mm。将拉钉6安装到拉拔横梁4上，通过拉钉6将待焊接零件向外拉紧，防止其在焊接过程中下榻。
S3、定位：采用打冲点的方式将各零件进行固定，在待焊接表面对缝处每间隔约10mm的部位打一冲点。
S4、电子束焊接，包括：
S4.1、将焊接变形控制装置放置在高压真空电子束焊机的焊接平台上并固定；
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，然后对所有待焊接试样进行定位焊，定位焊长度约20mm～40mm，间距20mm～40mm；
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、焊后打开真空室舱门，待舱体完全冷却后拆除焊接变形控制装置，取出舱体。
S5、焊后质量检查：焊后对舱体焊缝进行目视、X射线、荧光等检查。
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)

1.一种超长纵焊缝电子束焊接变形控制装置，其特征在于，所述焊接变形控制装置包括前法兰盘、后法兰盘、压紧横梁、拉拔横梁顶杆、拉钉和压钉；其中，前法兰盘和后法兰盘用于对待焊接零件进行夹持，并能够带动待焊接零件进行旋转，以对待焊接零件上不同部位的超长纵焊缝进行焊接；两根刚性的压紧横梁连接于前后法兰盘之间，用于保证前后法兰盘的同轴度；顶杆设置在后法兰盘上，用于对待焊接零件进行压紧以控制零件间隙；拉拔横梁设置在待焊接零件的纵焊缝上方，中间留有通槽便于电子束焊缝；拉钉设置在拉拔横梁上且位于待焊接零件的纵焊缝左右两侧，用于与设置在待焊接零件上的带有螺纹孔的凸台进行连接，以在待焊接零件装配时将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接超长纵焊缝过程中下榻；压钉设置在压紧横梁上，用于对待焊接零件进行压紧。
2.如权利要求1所述的焊接变形控制装置，其特征在于，所述前法兰盘和后法兰盘上分别设置限位装置，所述限位装置与待焊接零件的前后端框上的工艺限位孔对应。
3.如权利要求1所述的焊接变形控制装置，其特征在于，所述拉拔横梁采用为不带磁的材料。
4.如权利要求1所述的焊接变形控制装置，其特征在于，所述拉拔横梁的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。
5.一种舱体超长纵焊缝电子束焊接变形控制方法，其特征在于，所述焊接变形控制方法包括如下步骤：
S1、对ZL114A材料的铸件采用高压洁净水冲洗去除表面杂质，然后进行烘干，对5A06材料的前端框、后端框和左右侧蒙皮采用酸洗方式清除表面油污与有机物；焊接前对待焊部位、上下表面范进行刮削，然后采用丙酮或者无水乙醇擦拭清理干净；
S2、装配：使用如权利要求1～4任一项所述的变形控制装置将加工到位的前端框、后端框、铸件、左右侧蒙皮按照模型图装配到位，形成舱体结构，检查焊接部位装配间隙及阶差质量；
S3、定位：采用打冲点的方式将各零件进行固定；
S4、电子束焊接，包括：
S4.1、将焊接变形控制装置放置在高压真空电子束焊机的焊接平台上并固定；
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，，然后对所有待焊接试样进行定位焊；
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，修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；
S4.5、焊后打开真空室舱门，待舱体完全冷却后拆除焊接变形控制装置，取出舱体。
S5、焊后质量检查：焊后对舱体焊缝进行检查。
6.如权利要求5所述的焊接变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，烘干温度为80℃、烘干时间不小于8h。
7.如权利要求5所述的焊接变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，焊接部位装配间隙及阶差均小于0.15mm。
8.如权利要求5所述的焊接变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，装配时先将前法兰盘与前端框装配到位并通过限位销固定，再依次将铸件、后端框装配到位，然后将后法兰盘与后端框装配到位并通过限位销固定；装配左右侧蒙皮，将后法兰盘上的顶杆顶紧后端框；将拉钉安装到拉拔横梁上，通过拉钉将待焊接零件向外拉紧，防止零件在焊接过程中下榻。
9.如权利要求5所述的焊接变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S4.2中，定位焊长度20mm～40mm，间距20mm～40mm。
10.如权利要求5所述的焊接变形控制方法，其特征在于，在所述步骤S4.3和S4.4中，正式焊与修饰焊时，起弧、熄弧距离均为5mm-10mm。
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