CN111375880A - 一种转子类零件的电子束焊方法 - Google Patents

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王建涛
康文军
陈涛
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李耀华
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    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
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    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0033—Preliminary treatment

Abstract

本发明公开的一种转子类零件的电子束焊方法，首先对零件的焊接位置进行预处理，然后通过止口对零件进行拼接；根据止口厚度设定椭圆函数的幅值，并根据幅值和焊接厚度调节焊接电流，同时设定聚焦电流，最后根据椭圆函数、焊接电流和聚焦电流对零件进行焊接。通过调节电流和聚焦电流并添加了椭圆形函数的方法，在保留锁底的情况下，有效的避免了钉尖缺陷及气孔等钛合金转子易出现的焊接缺陷，保证了钛合金转子的焊接质量。

Description

一种转子类零件的电子束焊方法
技术领域
本发明涉及金属零件的焊接技术领域，具体为一种转子类零件的电子束焊方法，能够有效避免钛合金转子锁底处钉尖缺陷及气孔的产生。
背景技术
在现代的大型无人机中，有许多压气机转子类零件，如前鼓筒、中间鼓筒等均采用电子束焊连接而成，电子束焊焊接精度高、焊接接头无氧化、焊缝质量好，被广泛应用于航空发动机转子部件，压气机转子组件材料一般为钛合金如TC11、TC25等，钛合金一般具有良好的可焊性，但也存在易吸收氧、氢、氮等气体，一般转子类零件在焊缝背面带有锁底，焊后对锁底结构进行机械加工去除，这种结构通过焊透至其锁底处，将缺陷带入锁底焊后通过机械加工去除，提升了钛合金转子类零件的电子束焊接质量。
但是在许多大型无人机钛合金转子类零件中，由于组件盘间间距小、盘心孔径小且大多数材料为钛合金等特点，无法对焊接锁底止口进行机械加工去除，很容易将钉尖缺陷、气孔缺陷等存留在锁底止口中，影响了焊接质量。
发明内容
针对现有的电子束焊过程中容易在锁底止口中出现钉尖和气孔缺陷的问题，本发明提供一种转子类零件的电子束焊方法，通过优化焊接工艺和焊接参数，能够有效避免钛合金转子锁底处钉尖缺陷及气孔的产生。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种转子类零件的电子束焊方法，首先对零件的焊接位置进行预处理，然后通过止口对零件进行拼接；根据止口厚度设定椭圆函数的幅值，并根据幅值和焊接厚度调节焊接电流，同时设定聚焦电流，最后根据椭圆函数、焊接电流和聚焦电流对零件进行焊接。
优选的，包括以下步骤：
步骤1，对零件焊接位置的氧化层和杂质进行清理；
步骤2，两个零件通过止口连接，止口之间过盈配合；
步骤3，设定焊接参数，通过止口厚度选定椭圆函数的幅值，并根据幅值和焊接厚度调节焊接电流，根据焊枪至焊缝的距离调节聚焦电流；
步骤4，根据焊接参数对零件进行焊接。
优选的，步骤1中所述预处理具体方法如下：
对零件的待焊接位置进行酸洗，酸洗后对焊接表面采用激光清理氧化皮和杂质，清理后并采用丙酮清洁。
优选的，步骤3中所述椭圆函数的垂直幅值为0.5-1.4，水平幅值为0。
优选的，步骤3中所述焊接电流为9-25mA，聚焦电流为1800～2500mA。
优选的，步骤3中焊接参数还包括扫描频率，扫描频率小于500Hz。
优选的，步骤3中焊接参数还包括焊接电压和焊接速度；
焊接电压为150KV，焊接速度为8mm/s。
优选的，步骤4中采用分段焊接的方式进行焊接。
优选的，当多个零件首尾焊接时，相邻两个焊缝的焊缝段按角度交错设置，使两个焊缝上的起弧点和收弧点不位于同一轴线。
优选的，于，所述焊缝厚度为6-20mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种转子类零件的电子束焊方法，通过添加椭圆函数，并椭圆函数调节焊接电流，同时根据焊接距离确定聚焦电流，通过调节后的焊接参数进行焊接，焊接参数能够确保母材厚度焊透，保留锁底处厚度不焊透，焊接完成后对零件进行金相检测及X光检查，确保了焊缝质量避免了焊缝缺陷的产生，该焊接参数通过调节电流和聚焦电流并添加了椭圆形函数的方法，在保留锁底的情况下，有效的避免了钉尖缺陷及气孔等钛合金转子易出现的焊接缺陷，保证了钛合金转子的焊接质量。
附图说明
图1为本发明实施例1焊接零件的结构示意图；
图2为本发明实施例1焊缝金相照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种转子类零件的电子束焊方法，包括以下步骤：
步骤1，对待焊接零件的焊接位置进行预处理。
具体方法如下，焊前对零件的待焊接位置进行酸洗，酸洗后24小时内对焊接表面进行激光清理，焊前酸洗及激光清理技术能够有效清理钛合金表面的氧化皮及杂质，激光清理过后采用绸布蘸取丙酮将焊缝处擦拭。
焊前采用酸洗及激光清理焊缝的方式有效的去除了钛合金焊缝的氧化层及脏物，不仅避免了人工清理焊缝的不一致性而且清理效果更好。
步骤2，两个待焊接零件的焊接位置采用过盈配合连接，过盈配合能够保证两零件对接间隙，并且有利于减小零件的端面跳动值和圆面跳动值。
转子类零件采用过盈配合保证了焊缝对接间隙和轴向及径向跳动值，有助于提高电子束焊焊接质量及减小电子束焊变形。
步骤3，设定电子束焊时的焊接参数，包括椭圆函数、焊接电流、聚焦电流、焊接电压、焊接速度和焊缝厚度。
焊接参数的设定方法具体如下:
根据止口厚度选取椭圆扫描函数的垂直焊缝方向的幅值，垂直幅值0.5-1.4，设平行焊缝方向的幅值为0，以及扫描频率，频率小于500Hz。
根据焊接速度选取合适的扫描频率，延长了束流在焊缝上停留的时间。
保留锁底的焊缝厚度6-20mm，钛合金的焊缝厚度为2-7mm。
椭圆函数为任何一个轴(X或Y)都可以作为零点来编辑，产生一个相对与不为零的轴的正弦曲线。
根据幅值并结合焊接厚度确定焊接电流，垂直幅值与焊接电流成正比关系，焊接电流为9-25mA，焊接厚度为止口厚度和母材厚度之和。
根据焊枪至焊缝的距离调节确定聚焦电流，聚焦电流为1800～2500mA。
设定焊接电压和焊接速度，电压为150KV，焊接速度为8mm/s。
4、进行电子束焊接，焊接过程中，采用分段焊接的方式进行焊接。
当多个零件首尾焊接时，相邻两个焊缝的焊缝段交错设置，避免焊缝段的起弧点和收弧点位于同一轴线，减小零件的焊接变形量。
本发明提供的一种转子类零件的电子束焊方法，通过添加椭圆函数，并椭圆函数调节焊接电流，同时根据焊接距离确定聚焦电流，通过调节后的焊接参数进行焊接，焊接参数能够确保母材厚度焊透(母材厚度是指不包括锁底处厚度)，保留锁底处厚度不焊透，焊接完成后对零件进行金相检测及X光检查，确保了焊缝质量避免了焊缝缺陷的产生。该焊接参数通过调节电流和聚焦电流并添加了椭圆形函数的方法，在保留锁底的情况下，有效的避免了钉尖缺陷及气孔等钛合金转子易出现的焊接缺陷，保证了钛合金转子的焊接质量。
实施例1
以某机鼓筒为例，对本发明提供的电子束焊方法进行说明：
参阅图1，为待焊接鼓筒的结构图，材料为TC25有两条焊缝组成，焊缝直径分别为337.1mm和357.1mm，其中有一条焊缝直径为337.1mm，厚度为7.1，焊缝由于盘间间距小无法进行车加工，通过上述工艺方法进行焊接，参阅图2，焊后通过金相检测和X检测均未发现钉尖缺陷及气孔等焊接缺陷。
表1零件电子束焊接参数
Figure BDA0002433816600000051
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，首先对零件的焊接位置进行预处理，然后通过止口对零件进行拼接；根据止口厚度设定椭圆函数的幅值，并根据幅值和焊接厚度调节焊接电流，同时设定聚焦电流，最后根据椭圆函数、焊接电流和聚焦电流对零件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对零件焊接位置的氧化层和杂质进行清理；
步骤2，两个零件通过止口连接，止口之间过盈配合；
步骤3，设定焊接参数，通过止口厚度选定椭圆函数的幅值，并根据幅值和焊接厚度调节焊接电流，根据焊枪至焊缝的距离调节聚焦电流；
步骤4，根据焊接参数对零件进行焊接。
3.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤1中所述预处理具体方法如下：
对零件的待焊接位置进行酸洗，酸洗后对焊接表面采用激光清理氧化皮和杂质，清理后并采用丙酮清洁。
4.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤3中所述椭圆函数的垂直幅值为0.5-1.4，水平幅值为0。
5.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤3中所述焊接电流为9-25mA，聚焦电流为1800～2500mA。
6.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤3中焊接参数还包括扫描频率，扫描频率小于500Hz。
7.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤3中焊接参数还包括焊接电压和焊接速度；
焊接电压为150KV，焊接速度为8mm/s。
8.根据权利要求2所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，步骤4中采用分段焊接的方式进行焊接。
9.根据权利要求8所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，当多个零件首尾焊接时，相邻两个焊缝的焊缝段按角度交错设置，使两个焊缝上的起弧点和收弧点不位于同一轴线。
10.根据权利要求1所述的一种转子类零件的电子束焊方法，其特征在于，所述焊缝厚度为6-20mm。
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