CN112192084A - 一种非穿透电子束焊接止口结构及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非穿透电子束焊接止口结构及焊接方法，包括：第一焊接件、第二焊接件、焊缝、止口；所述止口位于第一焊接件焊接面下方，为向内弯折的凸边结构；所述第一焊接件、第二焊接件的焊接面之间设置有焊缝；所述止口外凸于所述第一焊接件下表面，截面呈水平放置的V型结构，靠所述第二焊接件的表面为配合面，结构为楔形槽；本发明优点在于：通过设计的楔形槽，上部形成辅助定位结构，降低装配难度，槽体有利于消除气孔缺陷，同时将焊接产生的缺陷引入到止口中，有效阻挡焊接飞溅物，避免了焊接飞溅物对零件使用造成的影响，减少了焊缝缺陷的产生。

Description

一种非穿透电子束焊接止口结构及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种非穿透电子束焊接止口结构及焊接方法。

背景技术

真空电子束焊接是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击焊缝处所产生的热能使被焊金属熔合的一种焊接方法，具有穿透能力强、焊接速度快、热影响区小、焊接应力小、焊缝深宽比大、焊接质量好等特点，具有传统焊接方法难以比拟的优势。

现有技术中，由于焊接接头区域熔合再结晶，一般情况下，接头要比母材具有更好的抗静载荷的能力，然而由于焊接过程中引入的各种缺陷使得焊接接头的抗动载荷能力大大下降，这些大量存在的微裂纹，在外部载荷作用下疲劳裂纹更容易在此萌生和扩展，而这些缺陷和微裂纹往往存在在于焊缝的背面。在电子束非穿透焊中，焊缝内部出现的超标气孔往往以焊缝底部的气孔为主，在电子束未熔透情况下容易出现钉尖缺陷，这些钉尖缺陷不仅会造成焊缝底部凹凸不平，有些钉尖甚至插进基体金属，钉尖缺陷的产生将导致焊缝底部产生气孔和空洞。电子束未穿透焊接和保留背部高缺陷区域降低了电子束焊接质量，严重影响焊接零件的使用寿命。

中国专利CN106271173A公开了一种消除钛合金电子束焊缝钉尖缺陷的方法，在进行电子束焊接过程中，通过增加单方向幅值的椭圆形函数，单位时间内束流在同一点停留的时间增加，来加剧电子束焊缝的搅拌效应，以横切焊缝进行扫描的方式来消除焊缝钉尖缺陷。上述技术方案采用控制工艺参数的方式减少缺陷的产生，但是该方案在实际加工中，需要严格控制工艺参数，面对不同加工尺寸及材料时，均需要推导及实验，才能确定最终设定值，而且系统对控制精度要求较高，整体成本比较大。同理的还有中国专利CN108857032A公开了一种球壳赤道焊缝的横枪电子束补焊方法。该方法至少包括了确定补焊工艺区、打磨补焊工艺区、确定补焊点位线、在补焊工艺区补焊和确定辅助加热区的方法步骤，该补焊方法通过设计补焊工艺区，采用基于焊缝表面宽度确定焊接中心位置的方法，保证补焊位置区域的准确性。该种方案采用了补焊的方法来消除缺陷，但二次焊缝易烧蚀零件主体，同时产生的飞溅物污染零件难于去除。中国专利CN110524101A采用了一种比较实验法，通过测试找寻最合适的焊接参数，该方案与前述技术方案类似，需要大量时间及精力进行测试，在实际批量生产中并不适用。

中国专利CN106271007A公开了一种电子束焊接接头结构，该结构是一种消除了焊缝接头止口缝隙、增加了防焊接飞溅工艺槽的电子束焊接接头结构。其结构包括：外筒体、防焊接飞溅工艺槽、工艺止口、内筒体。外筒体与内筒体零件采用对接接头结构，接头背面有防焊接飞溅工艺槽，工艺槽两端通过两个半圆平滑进行转接。上述技术方案通过改进焊接处接口结构，增设工艺止口，防止焊接飞溅，可以应用于非穿透型电子束焊接改进为穿透型，但是该结构较为复杂，加工难度大，且排出的缺陷并没有去除，导致在一些应用场景中并不适用，尤其是转动的环形部件，同理的还包括中国专利CN106570295A，在焊接处单独加装有排气槽，结构较为复杂，止口功能单一。

中国专利CN110508916A、CN111375880A均公开了在焊缝处下方设置的单侧止口结构，不仅起到了拼装定位的作用，同时可以让电子束焊接穿过焊缝，改善底部缺陷，但是上述两技术方案又存在缺陷及气体无法排出的问题，这就导致焊接处质量下降，产生大量细小的裂纹，严重影响零件寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种非穿透电子束焊接止口结构及焊接方法，能够解决上述问题。

为此目的，本发明由如下技术方案实施。

一种非穿透电子束焊接止口结构，包括：第一焊接件、第二焊接件、焊缝、止口；所述止口位于第一焊接件焊接面下方，为向内弯折的凸边结构；所述第一焊接件、第二焊接件的焊接面之间设置有焊缝；

所述止口外凸于所述第一焊接件下表面，呈台阶状；所述止口沿径向方向由第一凸部和第二凸部构成，两凸部均向轴向方向延伸，并使所述止口的截面呈V型结构，两凸部间形成楔形槽；所述第一凸部靠所述第二焊接件的表面为配合面，并搭接于所述第二焊接件下表面；所述楔形槽的夹角处超过所述焊缝所在的轴向位置，使所述焊缝向下做延长线经过所述楔形槽的内部。

进一步，所述止口与所述第一焊接件下表面的连接处加工为圆弧过渡面，且所述止口的侧端面加工有斜度。

进一步，所述配合面的边缘处加工有倒角。

进一步，所述楔形槽内的夹角处为倒圆结构。

进一步，所述配合面与所述第二焊接件的下表面为过盈配合结构。

进一步，所述楔形槽上表面为坡面，厚度从边缘处至根部逐渐增加；所述楔形槽下表面水平设置。

另一方面，本发明还提供一种基于所述的止口结构进行焊接的方法，具体焊接步骤为：

S1、焊接面加工：将待焊接面进行机加工；

S2、焊接准备：焊接件进行表面处理；

S3、焊接件装配：通过夹具将焊接组件进行定位，并在两焊接面之间留有焊缝；

S4、电子束焊接：将两焊接件焊接为一体；

S5、焊接处处理：焊接完成后通过机加工切除焊接处背面排出的焊接缺陷；

S6、焊接后质量检查。

更进一步，在所述S4中电子束焊接穿透楔形槽的上部结构，使所述焊接缺陷排入所述楔形槽内部。

更进一步，在所述S5中切除所述焊接缺陷的同时将止口一同切除，使两焊接件与焊接处的表面形成光滑且连续平面或曲面。

本发明具有如下优点：

本发明通过设计的楔形槽，上部与第二焊接件配合形成辅助定位结构，降低装配难度，同时可以将原非穿透型电子束焊接位置，改进为电子束穿透型焊接，有利于消除气孔缺陷。同时将焊接产生的缺陷引入到止口中，有效阻挡焊接飞溅物，在保证有效熔深的同时有效控制焊接飞溅物和二次焊缝烧蚀零件主体的产出，避免了焊接飞溅物对零件使用造成的影响。且该楔形槽同时起到排气槽的功能，零件在电子束焊接过程中，气体通过楔形槽排出，减少了焊缝缺陷的产生。焊接完成后通过机械加工方式去除焊缝背面缺陷区域，提高电子束焊接质量，提升了电子束焊接应用的技术水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一个或几个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中体现的相同结构分布位置及分布数量仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、分布数量，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明焊接处截面结构示意图；

图2为本发明止口截面局部放大视图；

图3为本发明方法流程图；

图4为图1中A处放大示意图。

图中：

1-第一焊接件；2-第二焊接件；3-焊缝；4-止口；401-第一凸部；402-第二凸部；403-配合面；404-倒角；405-楔形槽；5-去除区域。

具体实施方式

下面将结合附图1-2，对本发明做进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“下”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种非穿透电子束焊接止口结构，如图1所示，包括：第一焊接件1、第二焊接件2、焊缝3、止口4。焊接件1、2为环状构件，止口4位于第一焊接件焊接面下方，为向内弯折的凸边结构，整体也为环状。第一焊接件1、第二焊接件2的焊接面之间设置有焊缝3。

如图2所示，止口4外凸于第一焊接件1下表面，呈台阶状；止口4沿径向方向由第一凸部401和第二凸部402构成，两凸部均向轴向方向延伸，并使止口4的截面呈V型结构，两凸部间形成楔形槽405。优选地，止口4与第一焊接件1下表面的连接处加工为圆弧过渡面，且止口4的侧端面加工有斜度。第一凸部401靠第二焊接件2的表面为配合面403，并搭接于第二焊接件2下表面；楔形槽405的夹角处超过焊缝3所在的轴向位置，使焊缝3向下做延长线经过楔形槽405的内部。楔形槽405的夹角处超过焊缝3所在的轴向位置，使焊缝3向下做延长线经过楔形槽405的内部；优选地，楔形槽405内的夹角处为圆角结构。该设计可保证电子束焊接时有穿透焊接的空间，且第一凸部401和第二凸部402形成的半封闭空间不仅为电子束焊接提供了排气的空间有利于消除气孔缺陷，而且还能有效防护焊接件，阻挡电子束焊接时产生的飞溅物对焊接件主体的烧伤和粘附。进一步，为提高装配效率在配合面403的边缘处加工有倒角404，便于第一焊接件与第二焊接件沿轴向进行拼接；优选地，保证两个环形焊接零件同心度的装配要求，在该具体实施例中两个焊接件的配合面403与第二焊接件2的下表面有较小的过盈量，轴向套接后形成过盈配合结构。

优选地，如图2所示，楔形槽405上表面为坡面，厚度从边缘处至根部逐渐增加；楔形槽405下表面水平设置。楔形槽405上表面坡度是楔形槽倾斜角，该角度设计时要满足止口在焊缝的正下方有一定的楔形空间，这个空间的需求取决于根部熔透量，大小由止口的尺寸和楔形角度决定。同时，楔形角度对焊接件的装配应力有影响，角度大，止口刚度降低从而减小装配应力。楔形角度可根据相关工艺参数进行优化以达到最优焊接效果。

另一方面，基于上述止口结构本实施例还提供一种焊接方法，如图3所示，具体焊接步骤为：

S1、焊接面加工：将待焊接面进行机加工；

S2、焊接准备：焊接件进行表面处理；

S3、焊接件装配：通过夹具将焊接组件进行定位，并在两焊接面之间留有焊缝3；

S4、电子束焊接：将两焊接件焊接为一体，其中电子束焊接穿透楔形槽405的上部结构，使焊接缺陷排入楔形槽405内部。

S5、焊接处处理：焊接完成后通过机加工切除焊接处背面排出的焊接缺陷，其中切除焊接缺陷的同时将止口4一同切除，去除区域5如图4所示，使两焊接件与焊接处的表面形成光滑且连续的曲面。

S6、焊接后质量检查。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种非穿透电子束焊接止口结构，包括：第一焊接件(1)、第二焊接件(2)、焊缝(3)、止口(4)；所述止口(4)位于第一焊接件焊接面下方，为向内弯折的凸边结构；所述第一焊接件(1)、第二焊接件(2)的焊接面之间设置有焊缝(3)；

其特征在于，所述止口(4)外凸于所述第一焊接件(1)下表面，呈台阶状；所述止口(4)沿径向方向由第一凸部(401)和第二凸部(402)构成，两凸部均向轴向方向延伸，并使所述止口(4)的截面呈V型结构，两凸部间形成楔形槽(405)；所述第一凸部(401)靠所述第二焊接件(2)的表面为配合面(403)，并搭接于所述第二焊接件(2)下表面；所述楔形槽(405)的夹角处超过所述焊缝(3)所在的轴向位置，使所述焊缝(3)向下做延长线经过所述楔形槽(405)的内部。

2.根据权利要求1所述的止口结构，其特征在于，所述止口(4)与所述第一焊接件(1)下表面的连接处加工为圆弧过渡面，且所述止口(4)的侧端面加工有斜度。

3.根据权利要求1所述的止口结构，其特征在于，所述配合面(403)的边缘处加工有倒角(404)。

4.根据权利要求1所述的止口结构，其特征在于，所述楔形槽(405)内的夹角处为圆角结构。

5.根据权利要求1所述的止口结构，其特征在于，所述配合面(403)与所述第二焊接件(2)的下表面为过盈配合结构。

6.根据权利要求1所述的止口结构，其特征在于，所述楔形槽(405)上表面为坡面，厚度从边缘处至根部逐渐增加；所述楔形槽(405)下表面水平设置。

7.基于权利要求1-6任一项所述的止口结构的焊接方法，其特征在于，具体焊接步骤为：

S1、焊接面加工：将待焊接面进行机加工；

S2、焊接准备：焊接件进行表面处理；

S3、焊接件装配：通过夹具将焊接组件进行定位，并在两焊接面之间留有焊缝(3)；

S4、电子束焊接：将两焊接件焊接为一体；

S5、焊接处处理：焊接完成后通过机加工切除焊接处背面排出的焊接缺陷；

S6、焊接后质量检查。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述S4中电子束焊接穿透楔形槽(403)的上部结构，使所述焊接缺陷排入所述楔形槽(405)内部。

9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，在所述S5中切除所述焊接缺陷的同时将止口(4)一同切除，使两焊接件与焊接处的表面形成光滑且连续平面或曲面。

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