CN111650635B - 一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法 - Google Patents

一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法，涉及电子束焊接领域。依次包括以下步骤：S1：确定焊接时零件的翻转角度以及电子束的工作距离；S2：将两个L形试片装夹在工装内；S3：在第一层L形试片上进行焊接；S4：进行测量、计算；S5：进行修正并验证修正值，本发明解决了焊接接头在焊接过程中第一层与第二层的焊接误差，避免第二层焊缝会出现焊偏缺陷，大大提高了焊接接头的电子束焊接效率。

Description

一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法
技术领域
本发明涉及电子束焊接领域，具体涉及一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法。
背景技术
在航空发动机领域中某型焊接组件结构特殊，焊接时必须翻转至如图1所示位置，翻转后第一层与第二层之间有较大的高度差；若电子束、电子束内部静电部分与电磁部分各元件存在装配精度误差以及外部空间磁场的影响，电子束离开电子束后电子束轴线与水平面会存在一定夹角，继而导致在焊接过程中第一层焊缝对中焊接后，第二层焊缝会出现焊偏缺陷,这种缺陷在航空焊接是不允许存在的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法，具体技术方案如下：
一种电子束焊接束流垂直度验证及找正方法，依次包括以下步骤：
S1：根据零件尺寸、结构以及电子束的可达性，确定焊接时零件的翻转角度以及电子束的工作距离；
S2：制备L形试片并在L形试片表面镌刻刻度线，然后将两个L形试片装夹在工装内；
S3：先取两个L形试片进行焊接，得出一个电子束焊接参数，该电子束焊接参数要求两个L形试片的正反面焊缝成形良好，然后换第二组的两个L形试片，在第一层L形试片上对中靠近边缘的第一条刻度线进行焊接；
S4：从第二层L形试片反面焊缝判断出电子束的倾斜方向然后进行测量，测量时以焊缝左侧相邻刻度线为基准，沿横向刻度线方向进行测量，焊缝左侧距离相邻刻度线的宽度为W1，焊缝右侧距离相邻刻度线的宽度为W2，相邻刻度线距离为S；则焊缝中心偏差值OY1的计算公式为:
Figure GDA0003779908620000021
W1：焊缝一侧距离相邻刻度线的宽度；
W2：焊缝另一侧距离相邻刻度线的宽度；
S：L形试片上相邻刻度线的间距；
再根据已知数据计算出第一层L形试片的偏差值OY2，OY2的计算公式为：
Figure GDA0003779908620000022
OY1：焊缝中心偏差值；
D1：电子束与第一层L形试片底面的间距；
D2：偏转线圈中心与电子束出口的间距；
D3：第一层L形试片底面与第二层L形试片底面的间距；
S5：得知电子束在第一层L形试片上向Y轴正方向的偏差值OY2后,在第一层L形试片上进行修正并验证修正值：
S5-1：在第一层L形试片上下小束流打出一个斑点，调观察屏幕上的参照十字线，使参照十字线交叉点位于斑点中心；
S5-2：移动机械轴Y,向Y轴负方向移动偏差值OY2，然后将参照十字线交叉点调整回到束斑中心；
S5-3：打开偏转线圈并下小束流，通过调节偏转线圈Y方向参数使束斑与参照十字线交叉点重合；
S5-4：得到一个偏转线圈的参数，在设定好此参数后将电子束对中第一层L形试片靠边缘第三根刻度线进行焊接，焊接完成后，测量两个L形试片的对中效果；
S6：在L形试片上验证完修正值后，在模拟真实零件轮廓的模拟件上进行验证，模拟件焊接前，在对接面两侧处镌刻刻度线，焊接完成后以刻度线为参考观察并测量焊缝是否偏离对接面。
作为优选，步骤S2中刻度线包括多组设置在L形试片正反面并与电子束运动轨迹平行的平行刻线以及设置在L形试片正反面并与运动轨迹垂直的垂直刻线。
作为优选，步骤S2中L形试片装夹时首先把工装翻转，然后使用框式水平仪测量夹持面，通过调整旋转轴来保证夹持面与运动轴平行，调整完成后装夹L形试片，保证两个L形试片在垂直焊接表面方向上的投影重叠。
作为优选，步骤S3中对L形试片进行焊接前，需在电子束出口处加装隔磁筒，该隔磁筒由μ金属制成。
作为优选，步骤S4中测量时需使用放大镜来进行辅助，L形试片的测量使用十倍带刻度的放大镜进行。
本发明具有以下有益效果：
本发明针对该种焊接接头的束流垂直度控制，通过确定工作距离、”L”形试片制备、焊接试片、测量偏差值并计算修正值、验证修正值五个步骤完成对电子束焊接束流垂直度的验证以及找正，解决了焊接接头在焊接过程中第一层与第二层的焊接误差，避免第二层焊缝会出现焊偏缺陷，大大提高了焊接接头的电子束焊接效率。
附图说明
图1为本发明中焊接件的焊缝纵向截面示意图；
图2为本发明中焊接件的焊缝横向截面示意图；
图3为本发明中焊接件的焊接示意图；
图4为本发明中L形试件的结构示意图；
图5为本发明中L形试件的刻度线的结构示意图；
图6为本发明中工装的结构示意图；
图7为本发明中L形试件与工装配合的结构示意图；
图8为本发明中L形试件上的焊缝示意图；
图9为图8中I处的局部放大图；
图10为本发明中偏移量计算的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通'、”相连”、“连接“应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1到图10，本发明中的一种电子束1焊接束流垂直度验证及找正方法，依次包括以下步骤：
S1：如图1和图2所示，根据零件尺寸、结构以及电子束1的可达性，确定焊接时的翻转角度、工作距离，该零件在焊接时，翻转角度为43度，工作距离如图3所示，电子束1到零件的距离为522mm，零件第一层表面到第二层表面最大距离为120mm。
S2：如图4和图5所示，根据焊接接头尺寸及电子束1焊接要求，制备以下规格L形试片2：
Figure GDA0003779908620000051
Figure GDA0003779908620000061
如图6和图7所示，L形试片2的短边用于装夹工艺台，L形试片2的长边用于作为焊接使用时的试验部位。同时L形试片2表面需要镌刻刻度线3，用于焊接测量。刻度线3包括9根设置在L形试片2正反面并与电子束1运动轨迹平行的平行刻线31以及1根设置在L形试片2正反面并与运动动轨迹垂直的垂直刻线32。平行刻线31的间距为5mm，垂直刻线32的宽度不宜太粗，最大为0.05mm，以免影响后续测量。
然后将L形试片2装夹在工装4内，为方便装夹L形试片2，在L形试片2的夹持面上设置两个卡槽，卡槽宽10mm,卡槽间距120mm,然后在工装4上设置卡槽，L形试片2装夹至工装4的卡槽内并用压板固定，即能保证与夹持面垂直度以及两个L形试片2的间距。在装夹过程中首先把工装4翻转43度，使用框式水平仪测量L形试片2夹持面，通过调整旋转轴来保证L形试片2夹持面与运动轴平行，调整完成后装夹L形试片2试片，保证两个L形试片2试片在垂直焊接表面方向上的投影重叠。
S3：因电子束1从电子束1射出后到达工件表面的距离很大，在此距离内易受到空间磁场的影响产生偏转，而磁场大小和方向会因外界诸多因素而发生改变。为防止空间磁场对电子束1的影响，需在电子束1出口处加装一个屏蔽磁场的装置即隔磁筒，该隔磁筒由μ金属制成，在一定程度上能隔绝磁场。
然后先取一组两个L形试片2，试验出一个电子束1焊接参数，该电子束1焊接参数要求两个L形试片2的正反面焊缝成形良好。换第二组两个L形试片2，在第一层试片上对中靠近边缘的第一条刻线进行焊接，以免试片焊接变形对后面的测量造成影响，导致计算结果存在误差。
S4：如图8到图10所示，由于两个L形试片2之间的距离较大，为保证使两个L形试片2都焊透，聚焦必须采用下聚焦，而采用了下聚焦就会导致第二层L形试片2正面焊缝较宽，可能覆盖相邻的两条刻线，不方便测量。焊缝是否偏离对接面，从焊缝反面判断最为明显，故焊缝偏离对接面的偏差值测量在第二层试片上焊缝反面进行。
首先从第二层L形试片2反面焊缝能判断出电子束1的倾斜方向，该焊缝在焊接时运动轴为X轴，可看出焊缝偏向Y轴的正方向。一般情况下电子束1倾斜角度都比较小，故在L形试片2上表现出的偏离距离也较小，因此在测量时为减小测量误差，需使用放大镜来进行辅助，该L形试片2的测量使用十倍带刻度(最小刻度0.01mm)的放大镜进行；测量时以焊缝左侧相邻刻线为基准，沿横向刻线方向进行测量。
则焊缝中心偏差值OY1的计算公式为:
Figure GDA0003779908620000071
W1：焊缝左侧距离相邻刻度线3的宽度；
W2：焊缝右侧距离相邻刻度线3的宽度；
S：L形试片2上相邻刻度线3的间距；
根据计算公式得出焊缝中心偏差值OY1为1.157mmm，再根据已知数据计算出第一层L形试片2的偏差值OY2，OY2的计算公式为：
Figure GDA0003779908620000081
OY1：焊缝中心偏差值；
D1：电子束1与第一层L形试片2底面的间距；
D2：偏转线圈5中心与电子束1出口的间距；
D3：第一层L形试片2底面与第二层L形试片2底面的间距；
在计算第一层L形试片2的偏差值OY2时，不能直接使用电子束1到第一层L形试片2底面的间距，即D1。因为电子束1在通过偏转线圈5时就会发生偏转，一般从偏转线圈5中心开始，经测量偏转线圈5中心距离电子束1出口距离为30mm,故代入计算的值应为(D1+D2)，即522+30＝552，根据公式得出OY2为5.322mm。
S5：由于偏转线圈5通上直流电后，两极之间就会产生均匀磁场，当电子射线通过此磁场时就会产生洛伦磁力，其方向是垂直于电子原来的运动方向。这样使电子束1发生偏转，其偏转方向和偏转量可通过改变偏转线圈5中的电流大小及方向来调节。一般偏转线圈5中的两组线圈分别控制X、Y两个方向，并与机械轴的X、Y方向重合。
得知电子束1在第一层L形试片2上向Y轴正方向的偏差值OY2后,在第一层L形试片2上进行修正并验证修正值，通过上述的测量计算，得知电子束1在第一层试片上向Y轴正方向偏置OY2为5.322mm,因此需在第一层试片上进行修正：
S5-1：在第一层L形试片2上下小束流打出一个斑点，调观察屏幕上的参照十字线，使参照十字线交叉点位于斑点中心；
S5-2：移动机械轴Y,向Y轴负方向移动偏差值OY2，即5.322mm，然后将参照十字线交叉点调整回到束斑中心；
S5-3：打开偏转线圈5并下小束流，通过调节偏转线圈5Y方向参数使束斑与参照十字线交叉点重合；
S5-4：得到一个偏转线圈5的参数，在设定好此参数后将电子束1对中第一层L形试片2考靠边缘第三根刻度线3进行焊接，焊接完成后，测量两个L形试片2的对中效果。
S6：在L形试片2上验证完修正值后，模拟件焊接前，在对接面两侧5mm处刻线，焊接完成后以刻线为参考观察并测量焊缝是否偏离对接面。经验证模拟件第二层反面焊缝在两条刻线中心位置，达到预期效果。
本发明针对该种焊接接头的束流垂直度控制，通过确定工作距离、”L”形试片制备、焊接试片、测量偏差值并计算修正值、验证修正值五个步骤完成对电子束1焊接束流垂直度的验证以及找正，解决了焊接接头在焊接过程中第一层与第二层的焊接误差，避免第二层焊缝会出现焊偏缺陷，大大提高了焊接接头的电子束1焊接效率。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电子束(1)焊接束流垂直度验证及找正方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
S1：根据零件尺寸、结构以及电子束(1)的可达性，确定焊接时零件的翻转角度以及电子束(1)的工作距离；
S2：制备L形试片(2)并在L形试片(2)表面镌刻刻度线(3)，然后将两个L形试片(2)装夹在工装(4)内；
S3：先取两个L形试片(2)进行焊接，得出一个电子束(1)焊接参数，该电子束(1)焊接参数要求两个L形试片(2)的正反面焊缝成形良好，然后换第二组的两个L形试片(2)，在第一层L形试片(2)上对中靠近边缘的第一条刻度线(3)进行焊接；
S4：从第二层L形试片(2)反面焊缝判断出电子束(1)的倾斜方向然后进行测量，测量时以焊缝左侧相邻刻度线(3)为基准，沿横向刻度线(3)方向进行测量，焊缝左侧距离相邻刻度线(3)的宽度为W1，焊缝右侧距离相邻刻度线(3)的宽度为W2，相邻刻度线(3)距离为S；则焊缝中心偏差值OY1的计算公式为:
Figure FDA0003782065040000011
W1：焊缝左侧距离相邻刻度线(3)的宽度；
W2：焊缝右侧距离相邻刻度线(3)的宽度；
S：L形试片(2)上相邻刻度线(3)的间距；
再根据已知数据计算出第一层L形试片(2)的偏差值OY2，所述OY2的计算公式为：
Figure FDA0003782065040000021
OY1：焊缝中心偏差值；
D1：电子束(1)与第一层L形试片(2)底面的间距；
D2：偏转线圈(5)中心与电子束(1)出口的间距；
D3：第一层L形试片(2)底面与第二层L形试片(2)底面的间距；
S5：得知电子束(1)在第一层L形试片(2)上向Y轴正方向的偏差值OY2后,在第一层L形试片(2)上进行修正并验证修正值：
S5-1：在第一层L形试片(2)上下小束流打出一个斑点，调观察屏幕上的参照十字线，使参照十字线交叉点位于斑点中心；
S5-2：移动机械轴Y,向Y轴负方向移动偏差值OY2，然后将参照十字线交叉点调整回到束斑中心；
S5-3：打开偏转线圈(5)并下小束流，通过调节偏转线圈(5)Y方向参数使束斑与参照十字线交叉点重合；
S5-4：得到一个偏转线圈(5)的参数，在设定好此参数后将电子束(1)对中第一层L形试片(2)靠边缘第三根刻度线(3)进行焊接，焊接完成后，测量两个L形试片(2)的对中效果；
S6：在L形试片(2)上验证完修正值后，在模拟真实零件轮廓的模拟件上进行验证，模拟件焊接前，在对接面两侧处镌刻刻度线(3)，焊接完成后以刻度线(3)为参考观察并测量焊缝是否偏离对接面。
2.根据权利要求1所述的电子束(1)焊接束流垂直度验证及找正方法，其特征在于，所述步骤S2中刻度线(3)包括多组设置在L形试片(2)正反面并与电子束(1)运动轨迹平行的平行刻线(31)以及设置在L形试片(2)正反面并与运动轨迹垂直的垂直刻线(32)。
3.根据权利要求2所述的电子束(1)焊接束流垂直度验证及找正方法，其特征在于，所述步骤S2中L形试片(2)装夹时首先把工装(4)翻转，然后使用框式水平仪测量夹持面，通过调整旋转轴来保证夹持面与运动轴平行，调整完成后装夹L形试片(2)，保证两个L形试片(2)在垂直焊接表面方向上的投影重叠。
4.根据权利要求1所述的电子束(1)焊接束流垂直度验证及找正方法，其特征在于，所述步骤S3中对L形试片(2)进行焊接前，需在电子束(1)出口处加装隔磁筒，该隔磁筒由μ金属制成。
5.根据权利要求1所述的电子束(1)焊接束流垂直度验证及找正方法，其特征在于，所述步骤S4中测量时需使用放大镜来进行辅助，L形试片(2)的测量使用十倍带刻度的放大镜进行。
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