CN112207410B - 一种真空电子束焊接后承力机匣的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，属于后承力机匣的制造方法技术领域。本发明的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，包括以下步骤：对待焊接后承力机的内侧管段、外侧管段的待焊部位进行化学清理；将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上并转移至真空电子束焊接室内；调整待焊接后承力机匣的方位；对内侧管段与外侧管段的组对贴合面进行真空电子束焊接，电子束穿透组对贴合面，一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管。待焊接后承力机匣采用本发明进行支撑管的内侧管段与外侧管段之间的焊接作业时；能够一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管，无需再次装夹，省时省力，焊接效率更高、焊接质量更高。

Description

一种真空电子束焊接后承力机匣的方法

技术领域

本发明涉及一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，属于后承力机匣的制造方法技术领域。

背景技术

涡轮发动机的后承力机匣安装位置是在低压涡轮转子出口之后，加力燃烧室之前，是航空发动机中的重要零部件。其功能主要包括对气流进行整流以保证加力燃烧室顺利组织燃烧，并作为低压涡轮转子后支点的承力框架，还具有实现后润滑腔的滑油系统供、回油、通风功能，以及组成整个发动机的排气与引气通道等。

由于后承力机匣需要实现的功能较多，而设计空间有限，因此后承力机匣采用了分体化结构设计方案，耐高温部分采用高温合金材料焊接形成隔热框架，承力框架采用比强度和比刚度较优异的钛合金作为结构材料焊接而成。这种焊接结构有效减轻结构重量，但是由于各部件结构复杂，焊接量大、焊缝多，工艺方案的不合理容易引发严重的焊接变形，同时也会造成焊后机加工尺寸及形位公差尺寸无法满足设计要求。

后承力机匣的结构是：包括机匣主体，以及连接于机匣主体外的圆周方向上的支撑管。对于后承力机匣而言，其中一个很重要的焊接结构就是后承力机匣的支撑管。在实际制造后承力机匣的过程中，支撑管分为外侧管段和内侧管段，支撑管的内侧管段与机匣主体为一体结构，因此，需要将内侧管段与外侧管段焊接相连形成完整的支撑管。因此，本发明提出了一种真空电子束焊接后承力机匣的方法。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，能够进行支撑管的内侧管段与外侧管段之间的焊接作业。

本发明采用的技术方案如下：

一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，待焊接后承力机匣包括机匣主体、其外侧圆周方向上连接有内侧管段，还包括对应于所述内侧管段的外侧管段；所述内侧管段、外侧管段有若干对，材质为钛合金，所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法包括以下步骤：

S1、对待焊接后承力机匣的内侧管段、外侧管段的待焊部位进行化学清理；

S2、将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上形成整体装夹件，并使得相配对的内侧管段与外侧管段相正对贴合形成待焊接支撑管；

S3、将所述整体装夹件转移至真空电子束焊接室内，并将专用焊接工装夹于真空电子束焊接室内的焊接工作台上；

S4、通过焊接工作台调整待焊接后承力机匣的方位，使得其中一对配对的内侧管段与外侧管段的组对贴合面与电子束路径处于同一平面上，且所述组对贴合面的长轴线与电子束路径形成的夹角β为45°-75°；

S5、对内侧管段与外侧管段的组对贴合面进行真空电子束焊接，真空电子束焊接机产生的电子束将穿透所述组对贴合面，一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管；

S6、重复进行步骤S4与步骤S5，使所有相配对的内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管。

待焊接后承力机匣采用本发明进行支撑管的内侧管段与外侧管段之间的焊接作业时，得益于步骤S1的设计，将内侧管段、外侧管段的待焊部位进行化学清理后，能够清理掉待焊部位上的杂质，避免杂质影响支撑管的焊接接头的焊接质量。得益于步骤S2、S3的设计，以便于在真空电子束焊接室内进行内侧管段与外侧管段之间的焊接作业。得益于步骤S4的设计，使得其中一对配对的内侧管段与外侧管段的组对贴合面与电子束路径处于同一平面上，且所述组对贴合面的长轴线与电子束路径形成的夹角β为45°-75°，以便于对配对的内侧管段与外侧管段进行电子束焊接；其中，电子束路径是进行真空电子束焊接时，真空电子束焊接机产生的电子束的流通路径。得益于步骤S5的设计，真空电子束焊接机产生的电子束将穿透组对贴合面，一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管；在焊接过程中待焊接后承力机匣无需再次装夹，能够防止再次装夹引起的精度下降并提高工作效率。由于内侧管段连接于机匣主体的外侧圆周方向上，且内侧管段、外侧管段有若干对，因此，通过步骤S6的设计，能够使得所有的配对的内侧管段、外侧管段焊接相连形成完整的支撑管。

进一步的，在步骤S1中，包括以下步骤：

对待焊接后承力机匣的内侧管段、外侧管段的待焊部位进行α层检测；当待焊部位不存在α层时，进行步骤Q1-Q3；当待焊部位存在α层时，进行步骤Q1-Q7；

Q1、采用碱性去离子水溶液一对待焊部位进行清洗；

Q2、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q3、对待焊部位进行水膜检查；

Q4、采用酸性去离子水溶液对待焊部位进行清洗；

Q5、采用碱性去离子水溶液二对待焊部位进行清洗；

Q6、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q7、对待焊部位进行水膜检查。

采用上述化学清理具体的技术方案时，当待焊部位不存在α层时，通过进行步骤Q1-Q3能够将待焊部位上附着的油渍等污物清除掉。当待焊部位存在α层时，通过进行步骤Q1-Q3能够将待焊部位上附着的油渍等污物清除掉；通过进行步骤Q4-Q7能够将待焊部位上的α层清除掉。具体的，通过步骤Q1的碱性去离子水溶液一能够将待焊部位上的油渍等污物清洗掉；通过步骤Q2的去离子水能够将粘附在待焊部位上的碱性去离子水溶液一清洗掉；通过步骤Q4的酸性去离子水溶液能够将待焊部位上的α层清除掉；通过步骤Q5的碱性去离子水溶液二能够将粘附在待焊部位上的酸性去离子水溶液中和掉，通过步骤Q6的去离子水能够将粘附在待焊部位上的碱性去离子水溶液二清洗掉；而步骤Q3、Q7的设计，通过水膜检查能够检查杂质是否清理干净，否则再次进行清理。

进一步的，在步骤Q1中，所述碱性去离子水溶液一为包含Ardrox 6333A、去离子水的混合溶液；在步骤Q4中，所述酸性去离子水溶液为包含硝酸、氢氟酸、去离子水的混合溶液；在步骤Q7中，所述碱性去离子水溶液二为包含碳酸钠、去离子水的混合溶液。

优选的，去离子水的电导率不大于20μs/cm。

进一步的，还包括焊接试验步骤P，通过该焊接试验步骤P获取合格的焊接工艺参数，该合格的焊接工艺参数用于步骤S5，该焊接试验步骤P包括以下步骤：

P1、对接试板下料，所述对接试板包括试板一、试板二；其中，试板一、试板二与内侧管段、外侧管段的材质壁厚相同，且为同一批次的材料；

P2、采用拟定的焊接工艺参数对试板一、试板二进行真空电子束焊接形成对接焊接试板；

P3、对对接焊接试板进行评定，该评定包括外观检查、无损检测、金相检验、力学性能检验；

根据步骤P3的评定结果进行步骤P31或步骤P32；

P31、当评定合格时，该拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P32、当评定不合格时，重新拟定焊接工艺参数、并重新进行步骤P1-P3，直至对接焊接试板经步骤P3评定合格，重新拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P4、模拟对接件下料，包括模拟件一、模拟件二；其中，模拟件一、模拟件二的材质与内侧管段、外侧管段均相同，且为同一批次的材料；同时，模拟件一、模拟件二的待焊部位与内侧管段、外侧管段的待焊部位的尺寸形状相同；

P5、采用初步的焊接工艺参数对模拟件一、模拟件二进行真空电子束焊接形成模拟焊接件；

P6、对模拟焊接件进行评判，该评判包括外观检查、无损检测；

根据步骤P6的评判结果进行步骤P61或步骤P62；

P61、当评判合格时，则该初步的焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P62、当评判不合格时，对该初步的焊接工艺参数进行微调，并重新进行步骤P4-P6；然后根据步骤P6的评判结果进行步骤P621或步骤P622；

P621、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数不超过允许的公差范围内时，则该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P622、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数超过允许的公差范围内时，则将该微调的初步焊接工艺参数参照步骤P1-P3进行评定验证；并根据步骤P3的评定结果进行步骤P6221或步骤P6222；

P6221、当评定合格时，该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P6222、当评定不合格时，重新进行步骤P1-P6，直至获得合格的焊接工艺参数。

采用上述焊接试验步骤P的技术方案时，用于步骤S5的焊接工艺参数是经过焊接试验步骤P所获取的，能够使得每种尺寸形状的内侧管段、外侧管段的待焊部位获得特有的最佳的焊接工艺参数。所获取的合格的焊接工艺参数不仅仅经过了对接试板的焊接试验，还经过了模拟对接件的焊接试验；能够充分的确保在焊接产品时的焊接工艺参数是最佳的，能够确保焊接质量，确保支撑管的焊接接头满足设计要求，确保支撑管的外观质量、内部质量、力学性能满足设计要求。

进一步，所述内侧管段、外侧管段的组对贴合面的焊接起止位置不设置引弧板、收弧板。如果在内侧管段、外侧管段的组对贴合面的焊接起止位置设置引弧板、收弧板，虽然能够避免组对贴合面的焊接起止位置产生缺欠，但是当焊接结束后，需要采用机械加工的方法将引弧板/收弧板去除，设置与引弧板/收弧板都会增加工作量，并且去除引弧板/收弧板时还可能对支撑管的焊接接头及附近区域造成不可逆的机械损伤。而采用本发明的方法的焊接工艺参数是经过严格评定评判挑选的，基本能够确保在不采用引弧板、收弧板的情况下，极大的降低了组对贴合面的焊接起止位置产生未焊满的可能性；即使组对贴合面的焊接起止位置产生少量的未焊满，采用钨极氩弧焊补焊即可。

上述的无损检测包括荧光检测和射线检测。外观检查、无损检测、金相检验合格标准按照设计要求或者按照相关的国家标准、行业标准来执行。上述的力学性能检验的合格指标为焊接接头的抗拉强度不应低于母材的抗拉强度下限值的90％，以确保焊接形成的支撑管的抗拉强度不低于母材的抗拉强度下限值的90％，确保焊接后承力机匣能够满足使用要求，提高后承力机匣的使用寿命。传统方法制得的支撑管的抗拉强度通常介于母材的抗拉强度下限值的70％到80％之间；而采用本发明的方法，能够确保焊接形成的支撑管的抗拉强度不低于母材的抗拉强度下限值的90％。

进一步的，所述专用焊接工装采用弱导磁或不导磁的材料制成。能够避免焊接过程中的磁场对电子束流的干扰影响焊接质量。

进一步的，所述专用焊接工装包括基板，在所述基板的顶面中部位置设置有装夹台，其用于装夹后承力机匣的机匣主体；在所述装夹台的外侧圆周方向上，所述基板上设置有多个用于装夹支撑管的外侧管段的装夹座，所述装夹座与所述装夹台之间具有间距，通过所述装夹座与所述装夹台可将外侧管段与机匣主体上的内侧管段相组对贴合形成待焊接的支撑管。

采用上述的技术方案时，能够实现将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上形成整体装夹件，并使得相配对的内侧管段与外侧管段相正对贴合形成待焊接支撑管的目的。采用本设计的专用焊接工装时，首先将机匣主体装夹于装夹台上，机匣主体上的内侧管段指向装夹座，然后将外侧管段装夹于装夹座上，使得相配对的内侧管段与外侧管段相正对贴合，内侧管段与外侧管段的组对贴合面处位于装夹座与装夹台之间位置，以便进行真空电子束焊接作业。

进一步的，在每个所述装夹座的外侧方向上，所述基板上设置有顶紧机构，所述顶紧机构与装夹座的数量相等，并呈一一对应关系，通过所述顶紧机构可将外侧管段顶紧至内侧管段。能够使得相配对的内侧管段与外侧管段更加可靠的相正对贴合。

进一步的，在所述装夹座与所述装夹台之间，所述基板上可拆卸的装配有垫板，其对应于内侧管段与外侧管段的组对贴合面。当对内侧管段与外侧管段之间进行真空电子束焊接作业时，穿透内侧管段与外侧管段的组对贴合面的电子束会作用于垫板上。当垫板烧损到一定程度时，将垫板更换即可，能够避免基板被烧损。

进一步的，在所述装夹台的外侧圆周方向上，所述基板上设置有压紧机构，通过所述压紧机构可压紧机匣主体的外缘顶部。能够机匣主体的外缘顶部压紧，使得机匣主体能够更加稳固的装夹于本发明的专用焊接工装上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，待焊接后承力机匣能够采用本发明的方法进行支撑管的内侧管段与外侧管段之间的焊接作业；能够一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管，无需再次装夹，省时省力，提高了工件装夹精度、焊接效率更高、焊接质量更高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的专用焊接工装的俯视图；

图2是图1中的A处放大图；

图3是图1中的B-B向剖面图；

图4是压紧机构的结构原理图；

图5是待焊接的后承力机匣的俯视图，其中，支撑管的内侧管段与外侧管段尚未相正对贴合；

图6是待焊接的后承力机匣的俯视图，其中，支撑管的内侧管段与外侧管段已经相正对贴合；

图7是图6中的的C-C向剖面图；

图8是待焊接的后承力机匣装夹于专用焊接工装上的俯视图；

图9是图8中的D处放大图；

图10是图8中的E-E向剖面图；

图11是第一种规格的外侧管段装夹于装夹座上的剖面图；

图12是第二种规格的外侧管段装夹于装夹座上的剖面图；

图13是第一种规格的组对贴合面与电子束的位置关系示意图；

图14是第二种规格的组对贴合面与电子束的位置关系示意图。

图中标记：1-基板，2-装夹台，3-装夹座，30-U型槽，31-夹紧螺栓，4-支座，41-顶紧螺栓，42-顶紧板，5-垫板，51-支点螺栓，6-压板，60-腰型孔，61-压紧螺栓，7-机匣主体，8-支撑管，80-组对贴合面,81-内侧管段，82-外侧管段，9-电子束路径。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，待焊接后承力机匣包括机匣主体7、其外侧圆周方向上连接有内侧管段81，还包括对应于所述内侧管段的外侧管段82；所述内侧管段81、外侧管段82有若干对，材质为钛合金，所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法包括以下步骤：

S1、对待焊接后承力机匣的内侧管段81、外侧管段82的待焊部位进行化学清理；

S2、将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上形成整体装夹件，并使得相配对的内侧管段81与外侧管段82相正对贴合形成待焊接支撑管；

S3、将所述整体装夹件转移至真空电子束焊接室内，并将专用焊接工装夹于真空电子束焊接室内的焊接工作台上；

S4、通过焊接工作台调整待焊接后承力机匣的方位，使得其中一对配对的内侧管段与外侧管段的组对贴合面80与电子束路径9处于同一平面上，且所述组对贴合面的长轴线801与电子束路径9形成的夹角β为45°-75°；

S5、对内侧管段与外侧管段的组对贴合面80进行真空电子束焊接，真空电子束焊接机产生的电子束将穿透所述组对贴合面80，一次性的将内侧管段81与外侧管段82焊接相连形成支撑管8；

S6、重复进行步骤S4与步骤S5，使所有相配对的内侧管段81与外侧管段82焊接相连形成支撑管8。

待焊接后承力机匣采用本发明进行支撑管的内侧管段81与外侧管段82之间的焊接作业时，得益于步骤S1的设计，将内侧管段81、外侧管段82的待焊部位进行化学清理后，能够清理掉待焊部位上的杂质，避免杂质影响支撑管的焊接接头的焊接质量；此处需要说明的是，步骤S1的化学清理包含了对内侧管段81、外侧管段82的端面及其附近进行的化学清理；内侧管段81、外侧管段82的端面相正对贴合形成组对贴合面80。当然，步骤S1的化学清理也可以是对整个待焊接后承力机匣乃至整个专用焊接工装的清理。得益于步骤S2、S3的设计，以便于在真空电子束焊接室内进行内侧管段81与外侧管段82之间的焊接作业。得益于步骤S4的设计，使得其中一对配对的内侧管段与外侧管段的组对贴合面80与电子束路径9处于同一平面上，且所述组对贴合面的长轴线801与电子束路径9形成的夹角β为45°-75°，如图13、图14所示，以便于对配对的内侧管段81与外侧管段82进行电子束焊接；优选的，夹角β为60°；其中，电子束路径9是进行真空电子束焊接时，真空电子束焊接机产生的电子束的流通路径。得益于步骤S5的设计，真空电子束焊接机产生的电子束将穿透组对贴合面80，一次性的将内侧管段81与外侧管段82焊接相连形成支撑管8；在焊接过程中待焊接后承力机匣无需再次装夹，能够防止再次装夹引起的精度下降并提高工作效率；优选的，真空电子束焊接室内的压强不高于7.5X10^-2Pa。由于内侧管段81连接于机匣主体7的外侧圆周方向上，且内侧管段81、外侧管段82有若干对，因此，通过步骤S6的设计，能够使得所有的配对的内侧管段81、外侧管段82焊接相连形成完整的支撑管。在其中一实施例中，内侧管段81、外侧管段82的材质为TC4钛合金。

进一步的，在步骤S1中，包括以下步骤：

对待焊接后承力机匣的内侧管段81、外侧管段82的待焊部位进行α层检测；当待焊部位不存在α层时，进行步骤Q1-Q3；当待焊部位存在α层时，进行步骤Q1-Q7；

Q1、采用碱性去离子水溶液一对待焊部位进行清洗；

Q2、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q3、对待焊部位进行水膜检查；

Q4、采用酸性去离子水溶液对待焊部位进行清洗；

Q5、采用碱性去离子水溶液二对待焊部位进行清洗；

Q6、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q7、对待焊部位进行水膜检查。

采用上述化学清理具体的技术方案时，当待焊部位不存在α层时，通过进行步骤Q1-Q3能够将待焊部位上附着的油渍等污物清除掉。当待焊部位存在α层时，通过进行步骤Q1-Q3能够将待焊部位上附着的油渍等污物清除掉；通过进行步骤Q4-Q7能够将待焊部位上的α层清除掉。具体的，通过步骤Q1的碱性去离子水溶液一能够将待焊部位上的油渍等污物清洗掉；通过步骤Q2的去离子水能够将粘附在待焊部位上的碱性去离子水溶液一清洗掉。通过步骤Q4的酸性去离子水溶液能够将待焊部位上的α层清除掉；通过步骤Q5的碱性去离子水溶液二能够将粘附在待焊部位上的酸性去离子水溶液中和掉，通过步骤Q6的去离子水能够将粘附在待焊部位上的碱性去离子水溶液二清洗掉；而步骤Q3、Q7的设计，通过水膜检查能够检查杂质是否清理干净，否则再次进行清理。

进一步的，在步骤Q1中，所述碱性去离子水溶液一为包含Ardrox 6333A、去离子水的混合溶液；在步骤Q4中，所述酸性去离子水溶液为包含硝酸、氢氟酸、去离子水的混合溶液；在步骤Q7中，所述碱性去离子水溶液二为包含碳酸钠、去离子水的混合溶液。

优选的，去离子水的电导率不大于20μs/cm。

进一步的，还包括焊接试验步骤P，通过该焊接试验步骤P获取合格的焊接工艺参数，该合格的焊接工艺参数用于步骤S5，该焊接试验步骤P包括以下步骤：

P1、对接试板下料，所述对接试板包括试板一、试板二；其中，试板一、试板二与内侧管段、外侧管段的材质壁厚相同，且为同一批次的材料；

P2、采用拟定的焊接工艺参数对试板一、试板二进行真空电子束焊接形成对接焊接试板；

P3、对对接焊接试板进行评定，该评定包括外观检查、无损检测、金相检验、力学性能检验；

根据步骤P3的评定结果进行步骤P31或步骤P32；

P31、当评定合格时，该拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P32、当评定不合格时，重新拟定焊接工艺参数、并重新进行步骤P1-P3，直至对接焊接试板经步骤P3评定合格，重新拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P4、模拟对接件下料，包括模拟件一、模拟件二；其中，模拟件一、模拟件二的材质与内侧管段、外侧管段均相同，且为同一批次的材料；同时，模拟件一、模拟件二的待焊部位与内侧管段、外侧管段的待焊部位的尺寸形状相同；

P5、采用初步的焊接工艺参数对模拟件一、模拟件二进行真空电子束焊接形成模拟焊接件；

P6、对模拟焊接件进行评判，该评判包括外观检查、无损检测；

根据步骤P6的评判结果进行步骤P61或步骤P62；

P61、当评判合格时，则该初步的焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P62、当评判不合格时，对该初步的焊接工艺参数进行微调，并重新进行步骤P4-P6；然后根据步骤P6的评判结果进行步骤P621或步骤P622；

P621、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数不超过允许的公差范围内时，则该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数(当然，该微调的初步焊接工艺参数也可以参照步骤P1-P3进行评定验证)；

P622、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数超过允许的公差范围内时，则将该微调的初步焊接工艺参数参照步骤P1-P3进行评定验证；并根据步骤P3的评定结果进行步骤P6221或步骤P6222；

P6221、当评定合格时，该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P6222、当评定不合格时，重新进行步骤P1-P6，直至获得合格的焊接工艺参数。

采用上述焊接试验步骤P的技术方案时，用于步骤S5的焊接工艺参数是经过焊接试验步骤P所获取的，能够使得每种尺寸形状的内侧管段、外侧管段的待焊部位获得特有的最佳的焊接工艺参数。并且，试板一、试板二与内侧管段、外侧管段的材质壁厚相同，且为同一批次的材料；模拟件一、模拟件二的材质与内侧管段、外侧管段均相同，且为同一批次的材料；模拟件一、模拟件二的待焊部位与内侧管段、外侧管段的待焊部位的尺寸形状相同；这样的焊接试验科学合理，能够最大程度的模拟实际工件的焊接工况。所获取的合格的焊接工艺参数不仅仅经过了对接试板的焊接试验评定，还经过了模拟对接件的焊接试验评判；能够充分的确保在焊接产品时的焊接工艺参数是最佳的，能够确保焊接质量，确保支撑管的焊接接头满足设计要求，确保支撑管的外观质量、内部质量、力学性能满足设计要求。当然，在进行焊接试验步骤P时，对对试板一、试板二、模拟件一、模拟件二参照步骤S1也需进行焊前的化学清理(参照步骤S1)；步骤S5、步骤P2、步骤P5的真空环境相同。在本实施例中，微调的初步焊接工艺参数的公差范围可按照设计要求或相关的真空电子束焊接技术标准来执行的。在其中一实施例中，公差范围如下：电子束的加速电压为±1％、束流为±1％、聚焦电流为±1％、焊接速度为±2％。在另一实施例中，所获取的合格的真空电子束焊接的焊接工艺参数为：电子束的加速电压为100KV、束流为60mA、聚焦电流为580mA、焊接速度为1000mm/mi n、电子束光斑直径为0.75mm。

进一步，所述内侧管段、外侧管段的组对贴合面80的焊接起止位置不设置引弧板、收弧板。如果在内侧管段、外侧管段的组对贴合面的焊接起止位置设置引弧板、收弧板，虽然能够避免组对贴合面的焊接起止位置产生缺欠，但是当焊接结束后，需要采用机械加工的方法将引弧板/收弧板去除，设置与引弧板/收弧板都会增加工作量，并且去除引弧板/收弧板时还可能对支撑管的焊接接头及附近区域造成不可逆的机械损伤。而采用本发明的方法的焊接工艺参数是经过严格的评定评判所获取的，基本能够确保在不采用引弧板、收弧板的情况下，极大的降低了组对贴合面的焊接起止位置产生未焊满的可能性；即使组对贴合面的焊接起止位置产生少量的未焊满，采用钨极氩弧焊补焊即可。

进一步的，在步骤S6之后，还包括以下步骤：S7、对焊接完成的支撑管8的焊接接头进行无损检测；S8、对焊接完成的支撑管8的焊接接头进行热处理；对热处理完成的支撑管8的焊接接头进行无损检测。优选的，在步骤S8中，热处理工艺是：热处理在压强不高于7.5X10^-2Pa的热处理炉中进行，热处理温度为580℃，保温时间为240mi n，保温结束后，通入氩气冷却至室温出炉。通过步骤S8能够消除焊接残余应力。

进一步的，在步骤S2与S3之间，或者，在步骤S3与S4之间，还包括定位焊步骤。当定位焊步骤设计在步骤S2与S3之间时，采用氩弧焊对相配对的内侧管段81与外侧管段82进行定位焊。当定位焊步骤设计在步骤S3与S4之间时，采用电子束焊对相配对的内侧管段81与外侧管段82进行定位焊。

在本实施例中，上述的无损检测包括荧光检测和射线检测。在本实施例中，外观检查、无损检测、金相检验合格标准按照设计要求或者按照相关的国家标准、行业标准来执行。上述的力学性能检验的合格指标为焊接接头的抗拉强度不应低于母材的抗拉强度下限值的90％，以确保焊接形成的支撑管8的抗拉强度不低于母材的抗拉强度下限值的90％，确保焊接后承力机匣能够满足使用要求，提高后承力机匣的使用寿命。传统方法制得的支撑管的抗拉强度通常介于母材的抗拉强度下限值的70％到80％之间；而采用本发明的方法，能够确保焊接形成的支撑管8的抗拉强度不低于母材的抗拉强度下限值的90％。

进一步的，所述专用焊接工装采用弱导磁(如奥氏体不锈钢)或不导磁(如铝或合金)的材料制成。能够避免焊接过程中的磁场对电子束流的干扰影响焊接质量。

实施例二

本实施例提出了一种用于实施例一的专用焊接工装。本实施例的专用焊接工装，包括基板1，在所述基板1的顶面中部位置设置有装夹台2，其用于装夹后承力机匣的机匣主体7；在所述装夹台2的外侧圆周方向上，所述基板1上设置有多个用于装夹支撑管的外侧管段82的装夹座3，所述装夹座3与所述装夹台2之间具有间距，通过所述装夹座3与所述装夹台2可将外侧管段82与机匣主体上的内侧管段81相组对贴合形成待焊接的支撑管。

采用上述的技术方案时，能够实现将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上形成整体装夹件，并使得相配对的内侧管段81与外侧管段82相正对贴合形成待焊接支撑管的目的。采用本设计的专用焊接工装时，首先将机匣主体7装夹于装夹台上，机匣主体7上的内侧管81段指向装夹座3，然后将外侧管段82装夹于装夹座3上，使得相配对的内侧管段81与外侧管段82相正对贴合，内侧管段与外侧管段的组对贴合面80处位于装夹座3与装夹台2之间位置，以便进行真空电子束焊接作业。

进一步的，如图2、图9、图11、图12所示，所述装夹座3上开设有适配于外侧管段并正对于所述装夹台2的U型槽30，所述装夹座3的两侧分别旋合有指向所述U型槽30的夹紧螺栓31，通过所述夹紧螺栓31可夹紧放置于所述U型槽30内的外侧管段。装夹座3的具体设计，当将装夹座3的两侧的夹紧螺栓31旋向U型槽30时，夹紧螺栓31能够将外侧管段夹紧，实现将外侧管段装夹于装夹座3上的目的。

可供选择的，如图1至图3、图8、图9所示，在每个所述装夹座3的外侧方向上，所述基板1上设置有顶紧机构，所述顶紧机构与装夹座3的数量相等，并呈一一对应关系，通过所述顶紧机构可将外侧管段顶紧至内侧管段。能够使得相配对的内侧管段与外侧管段更加可靠的相正对贴合。

进一步的，如图1至图3、图8、图9所示，所述顶紧机构包括设置于所述基板1上的支座4，以及旋合于所述支座4上、并指向所述装夹座3的顶紧螺栓41，当所述顶紧螺栓41旋合向所述装夹座3时，可将外侧管段顶紧至内侧管段。作为顶紧机构的具体设计，当将支座4上的顶紧螺栓41旋向装夹座3时，顶紧螺栓41能够将外侧管段顶向内侧管段，使得内侧管段与外侧管段相正对贴合。结合装夹座3的具体设计时，支座4上的顶紧螺栓41是与装夹座3的U型槽30相正对的。

进一步的，如图2、图9所示，所述顶紧螺栓41的前端设置有顶紧板42。使得顶紧螺栓41施加的作用力通过顶紧板42作用于外侧管的外端面，能够增大外侧管段的外端面的受力面积。

可供选择的，如图1至图3、图8、图9所示，在所述装夹座3与所述装夹台2之间，所述基板1上可拆卸的装配有垫板5，其对应于内侧管段与外侧管段的组对贴合面。得益于垫板5的设计，当对内侧管段与外侧管段之间进行真空电子束焊接作业时，穿透内侧管段与外侧管段的组对贴合面80的电子束会作用于垫板5上。当垫板5烧损到一定程度时，将垫板5更换即可，能够避免基板1被烧损。优选的，垫板5通过螺栓可拆卸的装配于基板1上。

可供选择的，如图1、图2、图4、图8、图9所示，在所述装夹台2的外侧圆周方向上，所述基板1上设置有压紧机构，通过所述压紧机构可压紧机匣主体的外缘顶部。能够机匣主体的外缘顶部压紧，使得机匣主体能够更加稳固的装夹于本发明的专用焊接工装上。

进一步的，如图1、图2、图4、图8、图9所示，所述压紧机构包括压板6以及设置于所述基板1上的支块，所述压板6的中部活动的穿入有旋合连接至所述基板1上的压紧螺栓61，所述压板6的一端可压在所述支块上、另一端用于压紧机匣主体的外缘。作为压紧机构的具体设计，当使压板6的一端压在支块上，压板6的另一端压在机匣主体的外缘顶部时，通过将已旋合连接至至基板1上的压紧螺栓61继续旋向基板1，能够实现压紧机匣主体的外缘顶部的目的。当压紧机构结合上述垫板5时，上述的垫板5可作为压紧机构的支块来使用，如图2、图4、图9所示。

进一步的，如图2、图4、图9所示，所述压板6的中部设置有腰型孔60，所述压紧螺栓61活动的穿入所述腰型孔60后旋合连接至所述基板1上。能够按需求调整压板6的位置，便于进行压紧机匣主体的外缘顶部的动作；也便于进行将施焊完毕的后承力机匣从专用焊接工装取下的动作。

进一步的，如图4所示，在所述压板6与所述支块之间设置有旋合入所述支块上的支点螺栓51，其用于支撑所述压板6的一端。采用本设计时，通过旋动支点螺栓51能够调整支点螺栓51的高度；以便于压板6可靠的紧机匣主体的外缘压紧。

基于上述技术特征的组合设计，在其中一实施例中，如图1至图12所示，所述专用焊接工装采用弱导磁(如奥氏体不锈钢)或不导磁(如铝或合金)的材料制成；能够避免焊接过程中的磁偏吹影响焊接质量。基板1、装夹台2呈圆形状，如图1、图8所示，基板1与装夹台2为一体制成结构，装夹台2上开设有用于装夹机匣主体的螺栓孔；多个所述装夹座3呈圆周阵列的分布于所述装夹台2的外侧圆周方向上；在每个所述装夹座3的外侧方向上，与装夹座3数量相等的顶紧机构，圆周阵列的一一对应设置于基板1的外缘位置。在一具体的待焊接的后承力机匣中，待焊接支撑管的内侧管段81、外侧管段82的材质都为钛合金(如TC4)；待组焊支撑管共有8个，呈圆周阵列的分布于机匣主体7的外侧圆周方向上，如图5至图7所示；与之对应的，如图1、图8，装夹座3、顶紧机构以及垫板5分别都有8个；压板5可以有8个，对应于8个垫板5；压板5也可以只有4个，对应于间隔的4个垫板5(如图1、图8所述)。待焊接支撑管共有2种规格(每种规格的待焊接焊支撑管具有其特有的焊接工艺参数)，每种规格各有4件；呈交替的分布形式，如图5、图6、图8、图11、图12所示；与之对应的，装夹座3的U型槽30也有2种规格，分别适配于2种规格的待组焊支撑管的外侧管段82，如图1、图8、图11、图12所示。待焊接的后承力机匣在专用焊接工装上装夹妥当形成整体装夹件、并定位焊妥当后，进行支撑管8的内侧管段81与外侧管段82之间的真空电子束焊接作业时，将整体装夹件转移至真空电子束焊接室内，然后将基板1装夹于真空电子束焊接室内的焊接工作台上，然后进行真空电子束焊接作业，使得内侧管段81与外侧管段82之间通过真空电子束焊接形成完整的支撑管8。在进行真空电子束焊接作业时，通过焊接工作台调整待焊接的后承力机匣的方位，再采用合格的焊接工艺参数可逐个将待焊接的支撑管8进行焊接。

综上所述，采用本发明的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，待焊接后承力机匣能够采用本发明的方法进行支撑管的内侧管段与外侧管段之间的焊接作业；能够一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管，无需再次装夹，省时省力，提高了工件装夹精度、焊接效率更高、焊接质量更高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，待焊接后承力机匣包括机匣主体、其外侧圆周方向上连接有内侧管段，还包括对应于所述内侧管段的外侧管段；所述内侧管段、外侧管段有若干对，材质为钛合金，其特征在于：所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法包括以下步骤：

S1、对待焊接后承力机匣的内侧管段、外侧管段的待焊部位进行化学清理；

S2、将待焊接后承力机匣装夹于专用焊接工装上形成整体装夹件，并使得相配对的内侧管段与外侧管段相正对贴合形成待焊接支撑管；

S3、将所述整体装夹件转移至真空电子束焊接室内，并将专用焊接工装夹于真空电子束焊接室内的焊接工作台上；

S4、通过焊接工作台调整待焊接后承力机匣的方位，使得其中一对配对的内侧管段与外侧管段的组对贴合面与电子束路径处于同一平面上，且所述组对贴合面的长轴线与电子束路径形成的夹角β为45°-75°；

S5、对内侧管段与外侧管段的组对贴合面进行真空电子束焊接，真空电子束焊接机产生的电子束将穿透所述组对贴合面，一次性的将内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管；

该步骤中，还包括焊接试验步骤P，通过该焊接试验步骤P获取合格的焊接工艺参数，该合格的焊接工艺参数用于步骤S5，该焊接试验步骤P包括以下步骤：

P1、对接试板下料，所述对接试板包括试板一、试板二；其中，试板一、试板二与内侧管段、外侧管段的材质壁厚均相同，且为同一批次的材料；

P2、采用拟定的焊接工艺参数对试板一、试板二进行真空电子束焊接形成对接焊接试板；

P3、对对接焊接试板进行评定，该评定包括外观检查、无损检测、金相检验、力学性能检验；

根据步骤P3的评定结果进行步骤P31或步骤P32；

P31、当评定合格时，该拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P32、当评定不合格时，重新拟定焊接工艺参数、并重新进行步骤P1-P3，直至对接焊接试板经步骤P3评定合格，重新拟定的焊接工艺参数为初步的焊接工艺参数，然后进行步骤P4；

P4、模拟对接件下料，包括模拟件一、模拟件二；其中，模拟件一、模拟件二的材质与内侧管段、外侧管段均相同，且为同一批次的材料；同时，模拟件一、模拟件二的待焊部位与内侧管段、外侧管段的待焊部位的尺寸形状相同；

P5、采用初步的焊接工艺参数对模拟件一、模拟件二进行真空电子束焊接形成模拟焊接件；

P6、对模拟焊接件进行评判，该评判包括外观检查、无损检测；

其中，力学性能检验的合格指标为焊接接头的抗拉强度不应低于母材的抗拉强度下限值的90%，以确保焊接形成的支撑管的抗拉强度不低于母材的抗拉强度下限值的90%；

S6、重复进行步骤S4与步骤S5，使所有相配对的内侧管段与外侧管段焊接相连形成支撑管；

上述步骤中，所述专用焊接工装包括基板，在所述基板的顶面中部位置设置有装夹台，其用于装夹后承力机匣的机匣主体；在所述装夹台的外侧圆周方向上，所述基板上设置有多个用于装夹支撑管的外侧管段的装夹座，所述装夹座与所述装夹台之间具有间距，通过所述装夹座与所述装夹台可将外侧管段与机匣主体上的内侧管段相组对贴合形成待焊接的支撑管；

在每个所述装夹座的外侧方向上，所述基板上设置有顶紧机构，所述顶紧机构与装夹座的数量相等，并呈一一对应关系，通过所述顶紧机构可将外侧管段顶紧至内侧管段；

上述步骤中，所述内侧管段、外侧管段的组对贴合面的焊接起止位置不设置引弧板、收弧板。

2.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：在步骤S1中，包括以下步骤：

对待焊接后承力机匣的内侧管段、外侧管段的待焊部位进行α层检测；当待焊部位不存在α层时，进行步骤Q1-Q3；当待焊部位存在α层时，进行步骤Q1-Q7；

Q1、采用碱性去离子水溶液一对待焊部位进行清洗；

Q2、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q3、对待焊部位进行水膜检查；

Q4、采用酸性去离子水溶液对待焊部位进行清洗；

Q5、采用碱性去离子水溶液二对待焊部位进行清洗；

Q6、采用去离子水对待焊部位进行清洗；

Q7、对待焊部位进行水膜检查。

3.如权利要求2所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：

在步骤Q1中，所述碱性去离子水溶液一为包含Ardrox 6333A、去离子水的混合溶液；

在步骤Q4中，所述酸性去离子水溶液为包含硝酸、氢氟酸、去离子水的混合溶液；

在步骤Q7中，所述碱性去离子水溶液二为包含碳酸钠、去离子水的混合溶液。

4.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：

根据步骤P6的评判结果进行步骤P61或步骤P62；

P61、当评判合格时，则该初步的焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P62、当评判不合格时，对该初步的焊接工艺参数进行微调，并重新进行步骤P4-P6；然后根据步骤P6的评判结果进行步骤P621或步骤P622；

P621、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数不超过允许的公差范围内时，则该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P622、当评判合格时、且经微调的初步焊接工艺参数超过允许的公差范围内时，则将该微调的初步焊接工艺参数参照步骤P1-P3进行评定验证；并根据步骤P3的评定结果进行步骤P6221或步骤P6222；

P6221、当评定合格时，该微调的初步焊接工艺参数为合格的焊接工艺参数；

P6222、当评定不合格时，重新进行步骤P1-P6，直至获得合格的焊接工艺参数。

5.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：所述专用焊接工装采用弱导磁或不导磁的材料制成。

6.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：所述装夹座上开设有适配于外侧管段并正对于所述装夹台的U型槽，所述装夹座的两侧分别旋合有指向所述U型槽的夹紧螺栓，通过所述夹紧螺栓可夹紧放置于所述U型槽内的外侧管段；

或者/和，所述顶紧机构包括设置于所述基板上的支座，以及旋合于所述支座上、并指向所述装夹座的顶紧螺栓，当所述顶紧螺栓旋合向所述装夹座时，可将外侧管段顶紧至内侧管段。

7.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：在所述装夹座与所述装夹台之间，所述基板上可拆卸的装配有垫板，其对应于内侧管段与外侧管段的组对贴合面。

8.如权利要求1所述的一种真空电子束焊接后承力机匣的方法，其特征在于：在所述装夹台的外侧圆周方向上，所述基板上设置有压紧机构，通过所述压紧机构可压紧机匣主体的外缘顶部。

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