CN112059395B - 大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装及方法，车加工法兰，根据法兰尺寸车加工延伸段；清理法兰和延伸段的对接部位；将两个工件装夹在焊接工装上，采用螺纹连接件连接法兰和焊接工装的压板，并使用胀块组件胀紧工件对接接头背面，将其装在电子束焊机转台上，进行电子束分段定位焊；打开真空室，松开胀块组件并确认其与工件对接接头背面不接触，对工件进行整周电子束焊接；之后，将环形工件从焊接工装卸下，打磨焊漏并对焊缝进行X光检查，校正工件平面度。本发明有效地提高了大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头电子束焊缝的X光检查一次合格率，避免了针对气孔或裂纹缺陷的多次返修焊，降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装及方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种铌铪合金的焊接工装及焊接方法，特别涉及一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头的焊接工装及电子束焊接方法。

背景技术

由于铌铪合金熔点高，热导率大，强度较低，且极易氧化，对冷却速度极为敏感，电子束焊接大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头时，极易产生裂纹和气孔缺陷。原先的大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头电子束焊接方法为控制电子束焊接后法兰端面和焊缝背面的变形，将法兰和压板紧密固接，使法兰处于绷紧状态，同时在整周电子束焊接过程中焊缝处通过工装支撑，焊缝处于胀紧状态，导致大尺寸薄壁铌铪合金对接接头电子束焊缝X光检查出现裂纹的概率较大。同时，焊接前至实施焊接的流程控制性不强，使工件在预处理后，放置时间过长，这样容易使得电子束焊缝内部产生气孔的概率增大。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装及方法，采用针对焊接组件结构设计的焊接工装固定待焊接的环形工件，并在焊接过程中的设定工段使法兰端面及对接接头部位的约束程度明显降低，优化了法兰和延伸段焊前清理要求及电子束焊接参数，从而消除了法兰和延伸段对接接头电子束焊缝内部极易产生的裂纹和气孔的缺陷，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装，包括支撑单元、法兰约束单元、旋进单元和焊缝约束单元，其中，

支撑单元包括大挡盘、主轴、大带柄螺母和停放架，停放架位于焊接工装的底部，支撑其上的元件；主轴为直径轴向渐变的中空柱状结构，大端固定在停放架的中心，小端穿过法兰和法兰约束单元；大挡盘位于主轴下段，用于直接负载延伸段，其包括挡板和挡板上的凸台，凸台周向侧边与延伸段大端内壁贴合；大带柄螺母套设在大挡盘挡板一侧的主轴上，通过与主轴螺纹配合对大挡盘和延伸段进行轴向限位；

法兰约束单元包括小带柄螺母、小挡盘和压板，其中，压板为不小于法兰的法兰状圆盘，其平面侧贴合法兰的平面，通过穿设压板和法兰的螺纹连接件将两者固连，压板的凸缘侧依次设置小挡盘和小带柄螺母，小带柄螺母与主轴螺纹配合，对法兰进行轴向限位；

旋进单元包括卡箍、拉杆、推力球轴承、大螺母和楔形件，其中，拉杆为柱状结构，其一端位于主轴的中空结构内，另一端套设有推力球轴承；推力球轴承与大螺母的一端通过卡箍紧密配合，大螺母的另一端与主轴螺纹配合，使拉杆在大螺母的旋转带动下在轴线方向上移动；楔形件为环形件，套设在主轴上，楔形下降方向朝向主轴大端，通过销钉和小螺钉与拉杆固连，并随拉杆的移动产生轴向位移，销钉轴向移动范围内对应的主轴上开设允许销钉穿行的腰孔；

焊缝约束单元包括胀块组件、弹簧、托环、圆柱销和定位盘，其中，定位盘套设在主轴上，为法兰状圆盘，平面侧设置胀块组件，凸缘段通过定位销固定在主轴上；胀块组件包括成对设置的支撑件，每对支撑件相对固定，支撑件包括胀杆和胀块，胀杆内端抵靠在楔形件的斜面上，胀杆外端连接胀块，胀块周向曲面与焊缝位置处曲面一致，且在周向侧面开设对应焊缝的环槽；胀杆套设有两件托环，内侧托环通过圆柱销固连在胀杆上，胀杆径向移动时不与胀杆发生位移；外侧托环固连在定位盘上，胀杆径向移动时与胀杆发生位移，两托环通过套设在胀杆上的弹簧连接。

第二方面，大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接方法，大尺寸薄壁铌铪合金环形工件由法兰和延伸段焊接而成，包括以下步骤：

S101，车加工法兰，根据法兰尺寸车加工延伸段；

S102，清理法兰和延伸段的对接部位；

S103，将主轴竖直放置在停放架上，并将拉杆、推力球轴承、大螺母、销钉、小螺钉、楔形件、大挡盘、大带柄螺母、胀块组件、弹簧、托环、圆柱销、定位盘和定位销安装在主轴上；将延伸段大端朝下放至大挡盘上，通过调整大带柄螺母保证延伸段小端位于胀块组件的环槽内；使用螺纹连接件连接法兰和压板，并将其放置于主轴上，使法兰与延伸段对接；装上小挡盘和小带柄螺母，用卡箍紧固推力球轴承和大螺母，并通过拧紧大螺母使得胀块组件与法兰和延伸段的对接接头背面接触并胀紧，完成法兰、延伸段与焊接工装的装夹；

将起吊板和吊环螺钉装夹在主轴上，吊装吊环螺钉，起吊装夹法兰和延伸段的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上；

S104，对法兰和延伸段的对接接头进行电子束分段定位焊；

S105，打开电子束焊机的真空室，调整焊接工装，对法兰和延伸段的对接接头进行整周电子束焊接；

S106，焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。

根据本发明提供的一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装及方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中，由于电子束焊前法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力，同时优化了焊接工装装夹方式，控制了约束法兰的螺纹连接件数量及拧紧程度，在电子束分段定位焊时，采用胀块组件胀紧对接接头部位、对分段定位焊的每段长度、数量、顺序及参数进行了优化，保证了定位焊后的对接接头间隙和错位，避免了定位焊后局部位置间隙和错位过大；

(2)本发明中，由于电子束焊前对工件清理要求进行了优化；电子束分段定位焊后，打开真空室，松开约束法兰的螺纹连接件，同时松开胀块组件，使其与环形工件不接触，再采用经过优化的电子束焊接参数进行整周电子束焊，极大地降低了法兰和延伸段电子束焊接过程中的拘束应力，避免了电子束焊缝内部出现气孔或裂纹，明显减少了返修焊次数，提高了生产效率，降低了生产成本；

(3)本发明中焊接工装和焊接方法的技术思路，能够推广至各类型薄壁铌合金对接接头的电子束焊接。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中大尺寸薄壁铌铪合金环形工件焊接工装的结构示意图；

图2示出图1中Y圈部位的2倍放大示意图；

图3示出图1中A向局部示意图；

图4示出法兰端面校正示意图。

附图标号说明

1-螺钉；2-螺母；3-吊板；4-吊环螺钉；5-卡箍；6-拉杆；7-推力球轴承；8-大螺母；9-小带柄螺母；10-小挡盘；11-压板；12-销钉；13-小螺钉；14-楔形件；15-大挡盘；16-主轴；17-大带柄螺母；18-停放架；19-胀块组件；20-弹簧；21-托环；22-圆柱销；23-定位盘；24-定位销；25-法兰；26-延伸段；27-约束螺栓；28-约束螺母；31-环形工作台；32-铝板；33-校正压板。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，提供了一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接工装，如图1和图2所示，包括支撑单元、法兰约束单元、旋进单元和焊缝约束单元，其中，

支撑单元包括大挡盘15、主轴16、大带柄螺母17和停放架18，停放架18位于焊接工装的底部，支撑其上的元件；主轴16为直径轴向渐变的中空柱状结构，大端固定在停放架18的中心，小端穿过法兰25和法兰约束单元；大挡盘15位于主轴16下段，用于直接负载延伸段26，其包括挡板和挡板上的凸台，凸台周向侧边与延伸段26大端内壁贴合；大带柄螺母17套设在大挡盘15挡板一侧的主轴16上，通过与主轴16螺纹配合对大挡盘15和延伸段26进行轴向限位；

法兰约束单元包括小带柄螺母9、小挡盘10和压板11，其中，压板11为不小于法兰25的法兰状圆盘，其平面侧贴合法兰25的平面，通过穿设压板11和法兰25的螺纹连接件将两者固连，压板11的凸缘侧依次设置小挡盘10和小带柄螺母9，小带柄螺母9与主轴16螺纹配合，对法兰25进行轴向限位；

旋进单元包括卡箍5、拉杆6、推力球轴承7、大螺母8和楔形件14，其中，拉杆6为柱状结构，其一端位于主轴16的中空结构内，另一端套设有推力球轴承7；推力球轴承7与大螺母8的一端通过卡箍5紧密配合，大螺母8的另一端与主轴16螺纹配合，使拉杆6在大螺母8的旋转带动下在轴线方向上移动；楔形件14为环形件，套设在主轴16上，楔形下降方向朝向主轴16大端，通过销钉12和小螺钉13与拉杆6固连，并随拉杆6的移动产生轴向位移，销钉12轴向移动范围内对应的主轴16上开设允许销钉12穿行的腰孔；

焊缝约束单元包括胀块组件19、弹簧20、托环21、圆柱销22和定位盘23，其中，定位盘23套设在主轴16上，为法兰状圆盘，平面侧设置胀块组件19，凸缘段通过定位销24固定在主轴16上；胀块组件19包括成对设置的支撑件，每对支撑件相对固定，支撑件包括胀杆和胀块，胀杆内端抵靠在楔形件14的斜面上，胀杆外端连接胀块，胀块周向曲面与焊缝位置处曲面一致，且在周向侧面开设对应焊缝的环槽；胀杆套设有两件托环21，内侧托环21通过圆柱销22固连在胀杆上，胀杆径向移动时不与胀杆发生位移；外侧托环21固连在定位盘23上，胀杆径向移动时与胀杆发生位移，两托环通过套设在胀杆上的弹簧20连接。

当旋转大螺母8使拉杆6朝向主轴16大端移动时，楔形件14随之向主轴16大端移动，胀块组件19向外侧逐渐胀紧焊缝位置，弹簧20受到挤压；当旋转大螺母8使拉杆6向主轴16小端移动时，楔形件14随之向主轴16小端移动，胀块组件19在弹簧20的推力作用下向内侧收缩，停止对焊缝位置的挤压。

进一步地，焊接工装还包括吊装单元，如图3所示，该吊装单元包括两相对的起吊板3，起吊板3对接后在中心位置形成与主轴16紧密配合的通孔，对接处通过螺纹连接件如螺钉1和螺母2紧固，起吊板3上穿设有垂直板面的吊环螺钉4，起吊装置通过吊环螺钉4对连接后的整个工装吊装。

在本发明中，胀块组件19包括2～5组成对且相对安装的支撑件。

在本发明中，连接法兰25和压板11的螺纹连接件可以为约束螺栓27和约束螺母28，或者螺钉和螺母等螺纹配合的连接件。

根据本发明的第二方面，提供了一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接方法，大尺寸薄壁铌铪合金环形工件由法兰和延伸段焊接而成，包括以下步骤：

S101，车加工法兰25，根据法兰尺寸车加工延伸段26，保证法兰和延伸段对接间隙和错位满足要求；

S102，清理法兰25和延伸段26的对接部位；

S103，将主轴16竖直放置在停放架18上，并将拉杆6、推力球轴承7、大螺母8、销钉12、小螺钉13、楔形件14、大挡盘15、大带柄螺母17、胀块组件19、弹簧20、托环21、圆柱销22、定位盘23和定位销24安装在主轴16上；将延伸段26大端朝下放至大挡盘15上，通过调整大带柄螺母17保证延伸段26小端位于胀块组件19的环槽内；使用螺纹连接件连接法兰25和压板11，并将其放置于主轴16上，使法兰25与延伸段26对接；装上小挡盘10和小带柄螺母9，用卡箍5紧固推力球轴承7和大螺母8，并通过拧紧大螺母8使得胀块组件19与法兰25和延伸段26的对接接头背面接触并胀紧，完成法兰25、延伸段26与焊接工装的装夹；

将起吊板3和吊环螺钉4装夹在主轴16上，吊装吊环螺钉4，起吊装夹法兰25和延伸段26的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上；

S104，对法兰25和延伸段26的对接接头进行电子束分段定位焊；

S105，打开电子束焊机的真空室，调整焊接工装，对法兰25和延伸段26的对接接头进行整周电子束焊接；

S106，焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。打磨焊缝背面的焊漏，按GJB1718A-2005Ⅰ级要求对焊缝进行X光检查，并测量法兰端面平面度，若超出要求，对法兰端面进行校正。

在本发明步骤S101中，法兰和延伸段的材料为铌铪合金。

法兰和延伸段的对接焊缝直径Φ为200mm～400mm，法兰和延伸段的总高度为600mm～800mm；法兰和延伸段对接部位壁厚为1.0mm～2.0mm，对接间隙不大于0.15mm，对接错位不大于0.15mm。电子束焊前，法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力。

在本发明步骤S102中，清理法兰和延伸段对接部位时，先进行酸洗，酸洗完成至电子束焊接的时间间隔不大于12h；在电子束焊前采用刀片刮削或机械打磨对接部位，去除氧化膜。

在本发明步骤S103中，使用螺纹连接件连接法兰25和压板11时，用手拧紧即可。

相邻两个螺纹连接件之间的间距为87mm～120mm。

在本发明步骤S104中，电子束分段定位焊时，每段长度为20mm～30mm，数量为20段～24段，采用对称均布的焊接顺序。电子束分段定位焊的电子束流为10mA～15mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min。

在本发明步骤S105中，调整焊接工装时，松开大螺母8，使得胀块组件19缩回，并确认胀块组件19与大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头背面不接触；松开固定法兰25和压板11的螺纹连接件，再用手拧紧。

在本发明步骤S105中，法兰25和延伸段26的对接接头进行整周电子束焊接时，采用预热焊、正式焊、缓冷焊的方式进行，预热焊的电子束流为10mA～15mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min；正式焊的电子束流为22mA～35mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min；缓冷焊的电子束流为12mA～17mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min。

在本发明步骤S105中，法兰25和延伸段26的对接接头电子束焊接完成后，将环形工件在真空室的真空环境放置30min～60min后，再给真空室充气并打开真空室。

在本发明步骤S106中，如图4所示，对法兰端面进行校正时，将法兰朝下放置在带T形槽的环形工作台31上，并在法兰端面下方局部位置垫铝板32(优选5mm～6mm厚包裹胶布等缓冲层的铝板)，将校正压板33放置在无铝板待校正的法兰端面上方，通过拧紧螺纹连接件对校正压板33产生压力，校正法兰端面。

实施例

实施例1

(1)车加工材料为铌铪合金的法兰，根据法兰尺寸车加工材料为铌铪合金的延伸段，法兰和延伸段对接焊缝直径为

法兰和延伸段的总高度为700mm，法兰和延伸段对接部位壁厚为1.3mm，对接间隙0.1mm，对接错位0.1mm。电子束焊前，法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力。

(2)对法兰和延伸段进行酸洗，酸洗完成至电子束焊接的时间间隔为8h；在电子束焊前采用刀片刮削对接部位，去除氧化膜。

(3)将主轴16竖直放置在停放架18上，并将拉杆6、推力球轴承7、大螺母8、销钉12、小螺钉13、楔形件14、大挡盘15、大带柄螺母17、胀块组件19、弹簧20、托环21、圆柱销22、定位盘23和定位销24安装在主轴16上。将延伸段26大端朝下放至焊接工装大挡盘15上，通过调整大带柄螺母17保证延伸段26小端位于胀块组件19的环槽内；使用约束螺栓27和约束螺母28连接法兰25和压板11，并用手拧紧，相邻两个约束螺栓之间的间距为100mm，将其放置焊接工装上，使得法兰与延伸段对接；装上小挡盘10和小带柄螺母9，将卡箍5安装在大螺母8和推力球轴承7的外部，并通过拧紧大螺母8使得胀块组件19与法兰25和延伸段26对接接头背面接触并胀紧，完成法兰25、延伸段26和焊接工装的装夹。

将螺钉1、螺母2、起吊板3和吊环螺钉4装夹在主轴16上，吊装吊环螺钉4，起吊装夹产品的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上。

(4)对法兰25和延伸段26的对接接头进行电子束分段定位焊，每段长度为25mm，数量为22段，采用对称均布的焊接顺序。电子束分段定位焊的电子束流为13mA，焊接速度为0.6m/min。

(5)打开电子束焊机的真空室，松开焊接工装的大螺母8，使得胀块组件19缩回，并确认胀块组件19与大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头背面不接触；用扳手松开固定法兰25和压板11的约束螺栓27和约束螺母28，用手拧紧。重新对电子束焊机真空室抽真空，对法兰25和延伸段26对接接头进行整周电子束焊接。采用预热焊、正式焊、缓冷焊的方式进行，预热焊的电子束流为13mA，焊接速度为0.6m/min；正式焊的电子束流为24mA，焊接速度为0.6m/min；缓冷焊的电子束流为15mA，焊接速度为0.6m/min。法兰和延伸段对接接头电子束焊接完成后，将环形工件在真空室的真空环境放置40min后，再给真空室充气并打开真空室。

(6)焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。打磨焊缝背面的焊漏，焊缝X光检查合格，符合GJB1718A-2005Ⅰ级要求，无裂纹和气孔。测量法兰端面平面度，对法兰端面进行校正，将法兰朝下放置在带T形槽的环形工作台上，并在法兰端面下方局部位置垫5mm厚的铝板，将校正压板放置在无铝板待校正的法兰端面上方，通过拧紧螺栓对校正压板产生压力，校正法兰端面，使其平面度满足要求。

实施例2

(1)车加工材料为铌铪合金的法兰，根据法兰尺寸车加工材料为铌铪合金的延伸段，法兰和延伸段对接焊缝直径为

法兰和延伸段的总高度为800mm，法兰和延伸段对接部位壁厚为2mm，对接间隙0.15mm，对接错位0.15mm。电子束焊前，法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力。

(2)对法兰和延伸段进行酸洗，酸洗完成至电子束焊接的时间间隔为12h；在电子束焊前采用刀片刮削对接部位，去除氧化膜。

(3)将主轴16竖直放置在停放架上，并将拉杆6、推力球轴承7、大螺母8、销钉12、小螺钉13、楔形件14、大挡盘15、大带柄螺母17、胀块组件19、弹簧20、托环21、圆柱销22、定位盘23和定位销24安装在主轴16上。将延伸段26大端朝下放至焊接工装大挡盘15上，通过调整大带柄螺母17保证延伸段26小端位于胀块组件19的环槽内；使用约束螺栓27和约束螺母28连接法兰25和压板11，并用手拧紧，相邻两个约束螺栓之间的间距为120mm，将其放置焊接工装上，使得法兰与延伸段对接；装上小挡盘10和小带柄螺母9，将卡箍5安装在大螺母8和推力球轴承7的外部，并通过拧紧大螺母8使得胀块组件与法兰25和延伸段26对接接头背面接触并胀紧，完成法兰25、延伸段26和焊接工装的装夹。

将螺钉1、螺母2、起吊板3和吊环螺钉4装夹在主轴16上，吊装吊环螺钉，起吊装夹产品的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上。

(4)对法兰25和延伸段26的对接接头进行电子束分段定位焊，每段长度为30mm，数量为24段，采用对称均布的焊接顺序。电子束分段定位焊的电子束流为15mA，焊接速度为0.55m/min。

(5)打开电子束焊机的真空室，松开焊接工装的大螺母8，使得胀块组件19缩回，并确认胀块组件19与大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头背面不接触；用扳手松开固定法兰和压板11的约束螺栓27和约束螺母28，用手拧紧。重新对电子束焊机真空室抽真空，对法兰和延伸段对接接头进行整周电子束焊接。采用预热焊、正式焊、缓冷焊的方式进行，预热焊的电子束流为15mA，焊接速度为0.55m/min；正式焊的电子束流为35mA，焊接速度为0.55m/min；缓冷焊的电子束流为17mA，焊接速度为0.55m/min。法兰和延伸段对接接头电子束焊接完成后，将环形工件在真空室的真空环境放置60min后，再给真空室充气并打开真空室。

(6)焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。打磨焊缝背面的焊漏，焊缝X光检查合格，符合GJB1718A-2005Ⅰ级要求，无裂纹和气孔。测量法兰端面平面度，对法兰端面进行校正，将法兰朝下放置在带T形槽的环形工作台上，并在法兰端面下方局部位置垫5mm厚的铝板，将校正压板放置在无铝板待校正的法兰端面上方，通过拧紧螺栓对校正压板产生压力，校正法兰端面，使其平面度满足要求。

实施例3

(1)车加工材料为铌铪合金的法兰，根据法兰尺寸车加工材料为铌铪合金的延伸段，法兰和延伸段对接焊缝直径为

法兰和延伸段的总高度为600mm，法兰和延伸段对接部位壁厚为1mm，对接间隙0.12mm，对接错位0.12mm。电子束焊前，法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力。

(2)对法兰和延伸段进行酸洗，酸洗完成至电子束焊接的时间间隔为10h；在电子束焊前采用刀片刮削对接部位，去除氧化膜。

(3)将主轴16竖直放置在停放架上，并确将认拉杆6、推力球轴承7、大螺母8、销钉12、小螺钉13、楔形件14、大挡盘15、大带柄螺母17、胀块组件19、弹簧20、托环21、圆柱销22、定位盘23和定位销24安装在主轴16上。将延伸段26大端朝下放至焊接工装大挡盘15上，通过调整大带柄螺母17保证延伸段26小端位于胀块组件19的环槽内；使用约束螺栓27和约束螺母28连接法兰25和压板11，并用手拧紧，相邻两个约束螺栓之间的间距为120mm，将其放置焊接工装上，使得法兰与延伸段对接；装上小挡盘10和小带柄螺母9，将卡箍5安装在大螺母8和推力球轴承7的外部，并通过拧紧大螺母8使得胀块组件19与法兰25和延伸段26对接接头背面接触并胀紧，完成法兰、延伸段和焊接工装的装夹。

将螺钉1、螺母2、起吊板3和吊环螺钉4装夹在主轴16上，吊装吊环螺钉4，起吊装夹产品的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上。

(4)对法兰25和延伸段26的对接接头进行电子束分段定位焊，每段长度为20mm，数量为20段，采用对称均布的焊接顺序。电子束分段定位焊的电子束流为10mA，焊接速度为0.6m/min。

(5)打开电子束焊机的真空室，松开焊接工装的大螺母8，使得胀块组件19缩回，并确认胀块组件19与大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头背面不接触；用扳手松开固定法兰和压板11的约束螺栓27和约束螺母28，用手拧紧。重新对电子束焊机真空室抽真空，对法兰和延伸段对接接头进行整周电子束焊接。采用预热焊、正式焊、缓冷焊的方式进行，预热焊的电子束流为10mA，焊接速度为0.6m/min；正式焊的电子束流为22mA，焊接速度为0.6m/min；缓冷焊的电子束流为12mA，焊接速度为0.6m/min。法兰和延伸段对接接头电子束焊接完成后，将环形工件在真空室的真空环境放置30min后，再给真空室充气并打开真空室。

(6)焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。打磨焊缝背面的焊漏。焊缝X光检查合格，符合GJB1718A-2005Ⅰ级要求，无裂纹和气孔。测量法兰端面平面度，对法兰端面进行校正，将法兰朝下放置在带T形槽的环形工作台上，并在法兰端面下方局部位置垫5mm厚的铝板，将校正压板放置在无铝板待校正的法兰端面上方，通过拧紧螺栓对校正压板产生压力，校正法兰端面，使其平面度满足要求。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种大尺寸薄壁铌铪合金环形工件对接接头焊接方法，其特征在于，大尺寸薄壁铌铪合金环形工件由法兰和延伸段焊接而成，通过对接接头焊接工装实施，所述对接接头焊接工装包括支撑单元、法兰约束单元、旋进单元、焊缝约束单元和吊装单元，其中，支撑单元包括大挡盘（15）、主轴（16）、大带柄螺母（17）和停放架（18），停放架（18）位于焊接工装的底部，支撑其上的元件；主轴（16）为直径轴向渐变的中空柱状结构，大端固定在停放架（18）的中心，小端穿过法兰（25）和法兰约束单元；大挡盘（15）位于主轴（16）下段，用于直接负载延伸段（26），其包括挡板和挡板上的凸台，凸台周向侧边与延伸段（26）大端内壁贴合；大带柄螺母（17）套设在大挡盘（15）挡板一侧的主轴（16）上，通过与主轴（16）螺纹配合对大挡盘（15）和延伸段（26）进行轴向限位；

法兰约束单元包括小带柄螺母（9）、小挡盘（10）和压板（11），其中，压板（11）为不小于法兰（25）的法兰状圆盘，其平面侧贴合法兰（25）的平面，通过穿设压板（11）和法兰（25）的螺纹连接件将两者固连，压板（11）的凸缘侧依次设置小挡盘（10）和小带柄螺母（9），小带柄螺母（9）与主轴（16）螺纹配合，对法兰（25）进行轴向限位；

旋进单元包括卡箍（5）、拉杆（6）、推力球轴承（7）、大螺母（8）和楔形件（14），其中，拉杆（6）为柱状结构，其一端位于主轴（16）的中空结构内，另一端套设有推力球轴承（7）；推力球轴承（7）与大螺母（8）的一端通过卡箍（5）紧密配合，大螺母（8）的另一端与主轴（16）螺纹配合，使拉杆（6）在大螺母（8）的旋转带动下在轴线方向上移动；楔形件（14）为环形件，套设在主轴（16）上，楔形下降方向朝向主轴（16）大端，通过销钉（12）和小螺钉（13）与拉杆（6）固连，并随拉杆（6）的移动产生轴向位移，销钉（12）轴向移动范围内对应的主轴（16）上开设允许销钉（12）穿行的腰孔；

焊缝约束单元包括胀块组件（19）、弹簧（20）、托环（21）、圆柱销（22）和定位盘（23），其中，定位盘（23）套设在主轴（16）上，为法兰状圆盘，平面侧设置胀块组件（19），凸缘段通过定位销（24）固定在主轴（16）上；胀块组件（19）包括成对设置的支撑件，每对支撑件相对固定，支撑件包括胀杆和胀块，胀杆内端抵靠在楔形件（14）的斜面上，胀杆外端连接胀块，胀块周向曲面与焊缝位置处曲面一致，且在周向侧面开设对应焊缝的环槽；胀杆套设有两件托环（21），内侧托环（21）通过圆柱销（22）固连在胀杆上，胀杆径向移动时不与胀杆发生位移；外侧托环（21）固连在定位盘（23）上，胀杆径向移动时与胀杆发生位移，两托环通过套设在胀杆上的弹簧（20）连接；

吊装单元包括两相对的起吊板（3），起吊板（3）对接后在中心位置形成与主轴（16）紧密配合的通孔，对接处通过螺纹连接件紧固，起吊板（3）上穿设有垂直板面的吊环螺钉（4），起吊装置通过吊环螺钉（4）对组装后的整个工装吊装；

该焊接方法包括以下步骤：

S101，车加工法兰（25），根据法兰尺寸车加工延伸段（26）；

S102，清理法兰（25）和延伸段（26）的对接部位；

S103，将主轴（16）竖直放置在停放架（18）上，并将拉杆（6）、推力球轴承（7）、大螺母（8）、销钉（12）、小螺钉（13）、楔形件（14）、大挡盘（15）、大带柄螺母（17）、胀块组件（19）、弹簧（20）、托环（21）、圆柱销（22）、定位盘（23）和定位销（24）安装在主轴（16）上；将延伸段（26）大端朝下放至大挡盘（15）上，通过调整大带柄螺母（17）保证延伸段（26）小端位于胀块组件（19）的环槽内；使用螺纹连接件连接法兰（25）和压板（11），并将其放置于主轴（16）上，使法兰（25）与延伸段（26）对接；装上小挡盘（10）和小带柄螺母（9），用卡箍（5）紧固推力球轴承（7）和大螺母（8），并通过拧紧大螺母（8）使得胀块组件（19）与法兰（25）和延伸段（26）的对接接头背面接触并胀紧，完成法兰（25）、延伸段（26）与焊接工装的装夹；

将起吊板（3）和吊环螺钉（4）装夹在主轴（16）上，吊装吊环螺钉（4），起吊装夹法兰（25）和延伸段（26）的焊接工装，将其翻转至轴线水平状态，装夹至电子束焊机转台上；

S104，对法兰（25）和延伸段（26）的对接接头进行电子束分段定位焊；

S105，打开电子束焊机的真空室，调整焊接工装，对法兰（25）和延伸段（26）的对接接头进行整周电子束焊接；调整焊接工装时，松开大螺母（8），使得胀块组件（19）缩回，并确认胀块组件（19）与环形工件对接接头背面不接触；松开固定法兰（25）和压板（11）的螺纹连接件，再用手拧紧；

S106，焊接完成后，将环形工件从焊接工装卸下。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S101中，法兰和延伸段的对接焊缝直径为200mm～400mm，法兰和延伸段的总高度为600mm～800mm；和/或

法兰和延伸段对接部位壁厚为1.0mm～2.0mm，对接间隙不大于0.15mm，对接错位不大于0.15mm；和/或

电子束焊前，法兰和延伸段的热处理状态一致且无残余应力。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S102中，清理法兰和延伸段的对接部位时，先进行酸洗，酸洗完成至电子束焊接的时间间隔不大于12h；和/或

在电子束焊前采用刀片刮削或机械打磨对接部位，去除氧化膜。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S103中，使用螺纹连接件连接法兰（25）和压板（11）时，用手拧紧即可；和/或

相邻两个螺纹连接件之间的间距为87mm~120mm。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S104中，电子束分段定位焊时，每段长度为20mm～30mm，数量为20段～24段，采用对称均布的焊接顺序；和/或

电子束分段定位焊的电子束流为10mA～15mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S105中，法兰（25）和延伸段（26）的对接接头进行整周电子束焊接时，采用预热焊、正式焊、缓冷焊的方式进行，预热焊的电子束流为10mA～15mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min；正式焊的电子束流为22mA～35mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min；缓冷焊的电子束流为12mA～17mA，焊接速度为0.55m/min～0.6m/min；和/或

法兰（25）和延伸段（26）的对接接头电子束焊接完成后，将环形工件在真空室的真空环境放置30min～60min后，再给真空室充气并打开真空室。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S106中还包括：打磨焊缝背面的焊漏，并测量法兰端面平面度，若超出要求，对法兰端面进行校正。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，对法兰端面进行校正时，将法兰朝下放置在带T形槽的环形工作台（31）上，并在法兰端面下方局部位置垫铝板（32），将校正压板（33）放置在无铝板待校正的法兰端面上方，通过拧紧螺纹连接件对校正压板（33）产生压力，校正法兰端面。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述胀块组件（19）包括2~5组成对且相对安装的支撑件。

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