CN111037083B - 一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法 - Google Patents

一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，步骤如下：(1)加工两个半球状电子束焊工装，其上均布六个缺口；(2)利用第一电子束焊工装装夹支撑环、金属隔膜和气腔壳体；(3)首先分段定位焊支撑环和金属隔膜，其次透过工装缺口定位焊支撑环和气腔壳体，最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜；(4)拆除第一电子束焊工装，将所有组成部件装夹在第二电子束焊工装上，液腔壳体位于下方，首先透过工装缺口定位焊支撑环和液腔壳体，其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；(5)拆除第二电子束焊工装，使用第一电子束焊工装装夹产品，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。本发明提高了铝合金金属隔膜贮箱电子束焊缝内部质量合格率和焊缝强度。

Description

一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，属于机械加工领域。
背景技术
当前铝合金电子束焊接的主要问题是存在气孔、裂纹，且对于单锁底对接结构，易出现根部熔合不良的缺陷，导致焊缝强度降低，同时，由于铝合金金属隔膜贮箱3条电子束焊缝相距较近，导致焊缝之间相互影响较大，若焊接顺序不合理，会导致后焊接的焊缝强度下降，在贮箱液压试验过程中出现泄漏现象。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，该方法消除了铝合金金属隔膜贮箱电子束焊缝内部的气孔和裂纹，同时保证了焊缝强度满足要求。
本发明的技术解决方案是：
一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，所述铝合金金属隔膜贮箱包括液腔壳体、支撑环、气腔壳体和金属隔膜，液腔壳体、气腔壳体和金属隔膜均为空心半球状结构，液腔壳体和气腔壳体分别焊接在支撑环上下两侧，构成球状贮箱，金属隔膜焊接在支撑环上，且位于气腔壳体内侧；
包括下列步骤：
(1)加工第一电子束焊工装和第二电子束焊工装，所述第一电子束焊工装和第二电子束焊工装均为半球状结构，底部外侧均设计有夹持部，其上均均布六个缺口；第一电子束焊工装内型面与气腔壳体外形面一致，第二电子束焊工装内型面与液腔壳体外形面一致；
(2)利用第一电子束焊工装装夹支撑环、金属隔膜和气腔壳体，所述金属隔膜上设置有一圈翻边结构，装夹到位后，该翻边结构位于支撑环上方，气腔壳体位于支撑环下半部分外侧；
(3)将第一电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜；
(4)拆除第一电子束焊工装，利用第二电子束焊工装装夹液腔壳体和经步骤(3)焊接后的支撑环、金属隔膜和气腔壳体的整体结构，其中液腔壳体位于下方，且液腔壳体位于支撑环外侧，将第二电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；
(5)拆除第二电子束焊工装，重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，液腔壳体位于上方，将第一电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。
焊接之前，加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体时，保证支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接尺寸，具体对接尺寸要求如下：
支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接间隙不大于0.5mm，锁底搭接间隙不大于0.5mm。
所述步骤(3)中，采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜时，定位焊段数为12～18段，每段长度为30mm～50mm；定位焊支撑环和气腔壳体时，对称定位焊6段，每段长度为80mm～100mm。
所述步骤(3)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和金属隔膜定位焊用的电子束流为12mA～18mA，支撑环和金属隔膜整周焊接用的电子束流为23mA～32mA；支撑环和气腔壳体定位焊用的电子束流为18mA～24mA。
所述步骤(4)中，定位焊支撑环和液腔壳体时，定位焊段数为6段；每段长度为80mm～100mm。
所述步骤(4)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体定位焊用的电子束流为18mA～24mA；支撑环和气腔壳体整周焊接用的电子束流为50mA～60mA。
所述步骤(5)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体整周焊接用的电子束流均为50mA～60mA。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明控制焊前对接间隙和错位，同时将金属隔膜和支撑环的对接位置、液腔壳体与支撑环的对接位置安排在支撑环同一侧，将气腔壳体与支撑环的对接位置安排在支撑环的另一侧，实现了焊缝位置的错开；同时设计了焊接顺序、焊接参数并控制电子束定位焊分段数量和每段长度，有效提高了铝合金金属隔膜贮箱电子束焊缝内部质量合格率和焊缝强度，减少了产品返修次数，提高了产品生产效率和质量可靠性。
(2)本发明要求铝合金金属隔膜贮箱焊前对接间隙和锁底搭接间隙均不大于0.5mm，保证了真空电子束焊缝的有效连接厚度，使得焊缝强度得到保证，避免了后续液压试验过程中焊缝开裂。
(3)本发明的焊接方法有效避免了前道电子束焊缝引起的变形过程导致后道电子束焊缝对接间隙过大，影响后道电子束焊缝质量。
附图说明
图1是铝合金金属隔膜贮箱电子束焊工装装夹图；
图2是液腔壳体和支撑环、金属隔膜和支撑环、气腔壳体和支撑环的电子束焊缝结构。
具体实施方式
本发明解决了铝合金金属隔膜贮箱电子束焊缝易出现气孔、裂纹及强度降低的问题，提供了一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接方法，该方法尤其适用于LY19铝合金金属隔膜贮箱。
如图1所示，本发明金属隔膜贮箱由液腔壳体1、支撑环2、气腔壳体3、金属隔膜4组成，液腔壳体1、气腔壳体3和金属隔膜4均为空心半球状结构，液腔壳体1和气腔壳体3分别焊接在支撑环2的上下两侧，构成球状贮箱，金属隔膜4焊接在支撑环2上，且位于气腔壳体3内侧。图1中5为第一电子束焊工装。
焊接之前，加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体时，保证支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接尺寸，具体对接尺寸要求如下：
支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接间隙不大于0.5mm，锁底搭接间隙不大于0.5mm。
图2是液腔壳体和支撑环、金属隔膜和支撑环、气腔壳体和支撑环的电子束焊缝结构，液腔壳体和支撑环焊缝的厚度为6mm，锁底厚度为6mm；金属隔膜和支撑环焊缝的厚度为2mm，锁底厚度为3mm；气腔壳体和支撑环焊缝的厚度为6mm，锁底厚度为6mm。
本发明方法步骤如下：
(1)加工第一电子束焊工装和第二电子束焊工装，所述第一电子束焊工装和第二电子束焊工装均为半球状结构，底部外侧均设计有夹持部，其上均均布六个缺口；第一电子束焊工装内型面与气腔壳体外形面一致，第二电子束焊工装内型面与液腔壳体外形面一致；
(2)利用第一电子束焊工装装夹支撑环、金属隔膜和气腔壳体，所述金属隔膜上设置有一圈翻边结构，装夹到位后，该翻边结构位于支撑环上方，气腔壳体位于支撑环下半部分外侧；
(3)将第一电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜；
(4)拆除第一电子束焊工装，利用第二电子束焊工装装夹液腔壳体和经步骤(3)焊接后的支撑环、金属隔膜和气腔壳体的整体结构，其中液腔壳体位于下方，且液腔壳体位于支撑环外侧，首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；
(5)拆除第二电子束焊工装，重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，液腔壳体位于上方，并整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。
实施例1
(1)加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体，保证电子束焊缝对接尺寸，支撑环和金属隔膜电子束焊缝对接间隙为0.2mm，锁底搭接间隙为0.2mm；支撑环和气腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.1mm，锁底搭接间隙为0.2mm；支撑环和液腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.2mm，锁底搭接间隙为0.2mm。
(2)使用第一电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环和气腔壳体，并使得气腔壳体位于下方。将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，定位焊段数为18；每段长度为50mm；其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，对称定位焊6段，每段长度为100mm；最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜。焊接参数：加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和金属隔膜定位焊用的电子束流为12mA，支撑环和金属隔膜整周焊接用的电子束流为23mA；支撑环和气腔壳体定位焊用的电子束流为18mA。
(3)拆除第一电子束焊工装，使用第二电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环、气腔壳体和液腔壳体，并使得液腔壳体位于下方。首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，对称定位焊6段；每段长度为100mm；其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；最后重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。焊接参数加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体定位焊用的电子束流为18mA。支撑环和气腔壳体、支撑环和液腔壳体整周焊接用的电子束流均为50mA。
实施例2
(1)加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体，保证电子束焊缝对接尺寸，支撑环和金属隔膜电子束焊缝对接间隙为0.4mm，锁底搭接间隙为0.4mm；支撑环和气腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.3mm，锁底搭接间隙为0.3mm；支撑环和液腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.5mm，锁底搭接间隙为0.5mm。
(2)使用第一电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环和气腔壳体，并使得气腔壳体位于下方。将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，定位焊段数为12；每段长度为30mm；其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，对称定位焊6段，每段长度为80mm；最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜。焊接参数：加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和金属隔膜定位焊用的电子束流为18mA，支撑环和金属隔膜整周焊接用的电子束流为32mA；支撑环和气腔壳体定位焊用的电子束流为24mA。
(3)拆除第一电子束焊工装，使用第二电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环、气腔壳体和液腔壳体，并使得液腔壳体位于下方。首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，对称定位焊6段；每段长度为80mm；其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；最后重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。焊接参数加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体定位焊用的电子束流为24mA。支撑环和气腔壳体、支撑环和液腔壳体整周焊接用的电子束流均为60mA。
实施例3
(1)加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体，保证电子束焊缝对接尺寸，支撑环和金属隔膜电子束焊缝对接间隙为0.5mm，锁底搭接间隙为0.5mm；支撑环和气腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.5mm，锁底搭接间隙为0.5mm；支撑环和液腔壳体电子束焊缝对接间隙为0.4mm，锁底搭接间隙为0.4mm。
(2)使用第一电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环和气腔壳体，并使得气腔壳体位于下方。将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，定位焊段数为15；每段长度为30mm；其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，对称定位焊6段，每段长度为90mm；最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜。焊接参数：加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和金属隔膜定位焊用的电子束流为16mA，支撑环和金属隔膜整周焊接用的电子束流为28mA；支撑环和气腔壳体定位焊用的电子束流为22mA。
(3)拆除第一电子束焊工装，使用第二电子束焊工装装夹金属隔膜、支撑环、气腔壳体和液腔壳体，并使得液腔壳体位于下方。首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，对称定位焊6段；每段长度为90mm；其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；最后重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体。焊接参数加速电压为60KV，工作距离为400mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体定位焊用的电子束流为22mA。支撑环和气腔壳体、支撑环和液腔壳体整周焊接用的电子束流均为55mA。
上述三个实施例中，金属隔膜材料牌号是1050A，支撑环、液腔壳体和气腔壳体材料牌号是LY19。对上述三个实施例得到的铝合金金属隔膜贮箱进行试验，发现三个贮箱电子束焊缝内部质量均合格，无气孔和裂纹等缺陷，符合GJB1718A-2005Ⅰ级标准要求。
本发明控制焊前对接间隙，同时将金属隔膜和支撑环的对接位置、液腔壳体与支撑环的对接位置安排在支撑环同一侧，将气腔壳体与支撑环的对接位置安排在支撑环的另一侧，实现了焊缝位置的错开；同时设计了焊接顺序、焊接参数并控制电子束定位焊分段数量和每段长度，有效提高了铝合金金属隔膜贮箱电子束焊缝内部质量合格率和焊缝强度，减少了产品返修次数，提高了产品生产效率和质量可靠性。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，所述铝合金金属隔膜贮箱包括液腔壳体(1)、支撑环(2)、气腔壳体(3)和金属隔膜(4)，液腔壳体(1)、气腔壳体(3)和金属隔膜(4)均为空心半球状结构，液腔壳体(1)和气腔壳体(3)分别焊接在支撑环(2)上下两侧，构成球状贮箱，金属隔膜(4)焊接在支撑环(2)上，且位于气腔壳体(3)内侧；
其特征在于，包括下列步骤：
(1)加工第一电子束焊工装和第二电子束焊工装，所述第一电子束焊工装和第二电子束焊工装均为半球状结构，底部外侧均设计有夹持部，其上均均布六个缺口；第一电子束焊工装内型面与气腔壳体外形面一致，第二电子束焊工装内型面与液腔壳体外形面一致；
(2)利用第一电子束焊工装装夹支撑环、金属隔膜和气腔壳体，所述金属隔膜上设置有一圈翻边结构，装夹到位后，该翻边结构位于支撑环上方，气腔壳体位于支撑环下半部分外侧；
(3)将第一电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜，其次采用电子束分段定位焊的方式透过第一电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和气腔壳体，最后整周电子束焊接支撑环和金属隔膜；
(4)拆除第一电子束焊工装，利用第二电子束焊工装装夹液腔壳体和经步骤(3)焊接后的支撑环、金属隔膜和气腔壳体的整体结构，其中液腔壳体位于下方，且液腔壳体位于支撑环外侧，将第二电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，首先采用电子束分段定位焊的方式透过第二电子束焊工装的缺口部位定位焊支撑环和液腔壳体，其次整周电子束焊接支撑环和气腔壳体；
(5)拆除第二电子束焊工装，重新使用第一电子束焊工装装夹产品，使得气腔壳体位于下方，液腔壳体位于上方，将第一电子束焊工装通过夹持部安装在电子束焊机转台上，将电子枪调整至水平位置准备横焊，整周电子束焊接支撑环和液腔壳体；
焊接之前，加工支撑环、金属隔膜、液腔壳体和气腔壳体时，保证支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接尺寸，具体对接尺寸要求如下：
支撑环和金属隔膜之间、支撑环和气腔壳体之间以及支撑环和液腔壳体之间的对接间隙不大于0.5mm，锁底搭接间隙不大于0.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用电子束分段定位焊的方式分段定位焊支撑环和金属隔膜时，定位焊段数为12～18段，每段长度为30mm～50mm；定位焊支撑环和气腔壳体时，对称定位焊6段，每段长度为80mm～100mm。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和金属隔膜定位焊用的电子束流为12mA～18mA，支撑环和金属隔膜整周焊接用的电子束流为23mA～32mA；支撑环和气腔壳体定位焊用的电子束流为18mA～24mA。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，定位焊支撑环和液腔壳体时，定位焊段数为6段；每段长度为80mm～100mm。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体定位焊用的电子束流为18mA～24mA；支撑环和气腔壳体整周焊接用的电子束流为50mA～60mA。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金金属隔膜贮箱真空电子束焊接的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，焊接参数如下：加速电压为60KV，工作距离为400mm～450mm，表面聚焦，焊接速度为1m/min，支撑环和液腔壳体整周焊接用的电子束流为50mA～60mA。
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