CN114654068B - 一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法，本发明通过固定槽和定位槽相配合固定多孔材料舵翼，电子束能够通过通孔照射在多孔材料舵翼的焊缝上进行焊接，能够将金属多孔材料部件和传统材料部件精密装配，避免了点焊固定造成的断裂问题，本发明能够实现多孔材料舵翼的可靠焊接，有效避免焊接裂纹缺陷，降低焊后残余应力，解决了舵翼的可靠焊接，为金属多孔材料焊接提供新的技术途径，为未来多孔材料的应用奠定了基础。

Description

一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法
技术领域
本发明属于金属多孔材料结构焊接领域，具体涉及一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法。
背景技术
金属多孔材料由金属(高温合金、钛合金、钢、铜等)粉末真空高温烧结而成，具有较高的强度和硬度，能够在高温下具有的透气、透水性，因此作为某飞行舵翼结构非常适合，然而多孔材料内部以半机械和半冶金连接，其塑韧性极差，由于金属多孔材料延伸率不足1％，属于难焊接材料，熔化焊接时常因为焊接应力导致横向裂纹，目前尚无关于此类烧结多孔材料的焊接性相关研究及应用的报道。
目前激光、电子束等高能束焊接方式焊接能量密度高、热影响区小，焊后残余应力低，但经过大量实验测试后仍无法满足此类多孔材料的焊接。特别随着焊缝长度增加，开裂倾向逐渐严重。多孔材料的焊接性差的问题严重限制了此类材料在实际工程中的应用和推广。
目前，多孔材料烧结制备工艺已经较为成熟，但针对多孔材料熔化焊接方面难题，目前仍无较好的解决方法，传统的金属多孔材料的连接方式通常以钎焊、螺纹、胶结为主，存在着连接可靠性差、强度低、耐高温性差的问题，因此严重制约了多孔材料在工程中的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对多孔材料焊接性差的难题，基于电子束焊接技术，针对某飞行舵翼结构，提供一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法，解决了多孔金属材料与传统材料的焊接问题，实现了某舵翼的可靠焊接。
为了达到上述目的，一种金属多孔材料舵翼的焊接装置，包括上夹板和下夹板，上夹板上设置有固定槽，下夹板上设置有定位槽，固定槽和定位槽相配合用于固定多孔材料舵翼，上夹板和下夹板间设置有高温加热器，高温加热器上开设有通孔，电子束能够通过通孔照射在多孔材料舵翼上多孔材料部件和金属材料部件之间的焊缝上。
多孔材料部件固定在定位槽上，金属材料部件固定在固定槽上。
定位槽上设置有热电偶。
下夹板置于旋转工作台上。
上夹板和下夹板间设置有定位螺柱，定位螺柱顶部设置有顶帽，定位螺柱贯穿上夹板和下夹板，上夹板与顶帽间设置有弹簧垫片。
一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，包括以下步骤：
S1，将多孔材料舵翼的多孔材料部件和金属材料部件固定在固定槽和定位槽上，使多孔材料部件和金属材料部件预焊接面对齐；
S2，将金属多孔材料舵翼的焊接装置置于电子束焊机的真空室内，当真空度优于10-2Pa以上后，开启高温加热器进行加热，按照预设的升温曲线进行焊前预热；
S3，当多孔材料部件的加热温度至所需温度范围后，关闭高温加热器；
S4，调整电子束焊机的电子枪位置，使得电子枪与预焊接面对齐，按照预设的焊接工艺对当前表面进行焊接；
S5，焊接完成后，开启高温加热器加热至所需温度范围，使得焊缝缓冷；
S6，调整多孔材料舵翼的角度，使多孔材料舵翼的另一个面朝向电子束焊机的电子枪，执行S4，直至所有面都完成焊接，并冷却至室温。
S1中，多孔材料部件和金属材料部件间的错边量≤0.2mm，焊缝装配间隙≤0.2mm。
电子枪与预焊接面间的距离为400-1200mm。
高温加热器加热后的温度范围为700-1000℃。
S6中，通过旋转工作台转动，调整多孔材料舵翼的角度。
与现有技术相比，本发明的装置通过固定槽和定位槽相配合固定多孔材料舵翼，电子束能够通过通孔照射在多孔材料舵翼的焊缝上进行焊接，能够将金属多孔材料部件和传统材料部件精密装配，避免了点焊固定造成的断裂问题，本发明能够实现多孔材料舵翼的可靠焊接，有效避免焊接裂纹缺陷，降低焊后残余应力，解决了舵翼的可靠焊接，为金属多孔材料焊接提供新的技术途径，为未来多孔材料的应用奠定了基础。
进一步的，本发明通过设计的补偿弹性垫片，能够保证舵翼各部件在加热过程中的热膨胀问题，
本发明的方法中，在将金属多孔材料舵翼的焊接装置置于电子束焊机的真空室内，当真空度优于10-2Pa以上后，开启高温加热器进行加热，按照预设的升温曲线进行焊前预热，采用了真空预热的方式，利用高温加热器将多孔材料舵翼均匀加热至所需温度范围后再进行电子束焊接，提高了多孔材料塑、韧性，减小了焊接残余应力，同时在焊后开启高温加热器进行缓冷，有效避免了焊后开裂问题。
附图说明
图1为多孔材料舵翼的示意图；
图2为本发明中焊接装置的示意图；
图3为本发明工作状态示意图；
图4为焊接后的示意图；
其中，1、多孔材料舵翼，1-1、多孔材料部件，1-2、金属材料部件，1-3、焊缝，2、定位螺柱，3-1、上夹板，3-2、下夹板，4、定位槽，5、固定槽，6、高温加热器，6-1、通孔，7、热电偶，8、弹簧垫片，9、旋转工作台，10、电子束，11、顶帽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1、图2和图3，一种金属多孔材料舵翼的焊接装置，包括上夹板3-1和下夹板3-2，下夹板3-2置于旋转工作台9上。上夹板3-1上设置有固定槽5，下夹板3-2上设置有定位槽4，固定槽5和定位槽4相配合用于固定多孔材料舵翼1，多孔材料部件1-1固定在定位槽4上，金属材料部件1-2固定在固定槽5上。定位槽4上设置有设置热电偶孔，热电偶孔中插入两个热电偶7，用于测量多孔材料舵翼的加热温度。上夹板3-1和下夹板3-2间设置有两个高温加热器6，高温加热器6的加热温度可达1000℃，高温加热器6上开设有通孔6-1，焊缝恰好位于开孔中心处，电子束10能够通过通孔6-1照射在多孔材料舵翼1上多孔材料部件1-1和金属材料部件1-2之间的焊缝1-3上。上夹板3-1和下夹板3-2间设置有四个定位螺柱2，定位螺柱2顶部设置有顶帽11，定位螺柱2贯穿上夹板3-1和下夹板3-2，上夹板3-1与顶帽11间设置有弹簧垫片8，弹簧垫片8能够用于加热过程中多孔材料舵翼1受热膨胀的补偿，避免多孔材料舵翼1在加热过程中发生断裂。
参见图2和图3，一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，包括以下步骤：
S1，将多孔材料舵翼1的多孔材料部件1-1和金属材料部件1-2固定在固定槽5和定位槽4上，使多孔材料部件1-1和金属材料部件1-2预焊接面对齐，且具有较高的尺寸精度，多孔材料部件1-1和金属材料部件1-2间的错边量≤0.2mm，焊缝装配间隙≤0.2mm；
S2，将金属多孔材料舵翼的焊接装置置于电子束焊机的真空室内的旋转工作台9上，当真空度优于10-2Pa以上后，开启高温加热器6进行加热至700-1000℃，按照预设的升温曲线进行焊前预热；
S3，当多孔材料部件1-1的加热温度至所需温度范围后，关闭高温加热器6；
S4，调整电子束焊机的电子枪位置，电子枪与预焊接面间的距离为400-1200mm，使得电子枪与预焊接面对齐，按照预设的焊接工艺对当前表面进行焊接；焊接工艺如下：
加速电压：150KV，焊接束流15mA，焊接速度1500mm/min；
S5，焊接完成后，开启高温加热器6加热至所需的700-1000℃，使得焊缝1-3缓冷；
S6，通过旋转工作台9转动，调整多孔材料舵翼1的角度，使多孔材料舵翼1的另一个面朝向电子束焊机的电子枪，执行S4，直至所有面都完成焊接，并冷却至室温后，打开箱门取出焊接完成后的多孔材料舵翼1即可完成所有工序。
S7，参见图4，对焊接完成后的多孔材料舵翼1进行X射线和渗透检测，焊缝无裂纹、未熔合等缺陷，满足《NB/T 47013承压设备无损检测》标准规定的I级合格要求。经水压测试，可满足1MPa水压30min无泄漏。
本发明通过采用真空高温预热焊接的方式，实现了多孔材料的熔化焊接，避免了钎焊、胶结、螺栓连接等连接方式的不足，能够实现舵翼构件的精密装配与定位，再通过加热器稳定预热，最实现了舵翼中焊缝的可靠焊接。

Claims (6)

1.一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，焊接装置包括上夹板(3-1)和下夹板(3-2)，上夹板(3-1)上设置有固定槽(5)，下夹板(3-2)上设置有定位槽(4)，固定槽(5)和定位槽(4)相配合用于固定多孔材料舵翼(1)，上夹板(3-1)和下夹板(3-2)间设置有高温加热器(6)，高温加热器(6)上开设有通孔(6-1)，电子束(10)能够通过通孔(6-1)照射在多孔材料舵翼(1)上多孔材料部件(1-1)和金属材料部件(1-2)之间的焊缝(1-3)上；
多孔材料部件(1-1)固定在定位槽(4)上，金属材料部件(1-2)固定在固定槽(5)上；
上夹板(3-1)和下夹板(3-2)间设置有定位螺柱(2)，定位螺柱(2)顶部设置有顶帽(11)，定位螺柱(2)贯穿上夹板(3-1)和下夹板(3-2)，上夹板(3-1)与顶帽(11)间设置有弹簧垫片(8)；
焊接装置的工作方法包括以下步骤：
S1，将多孔材料舵翼(1)的多孔材料部件(1-1)和金属材料部件(1-2)固定在固定槽(5)和定位槽(4)上，使多孔材料部件(1-1)和金属材料部件(1-2)预焊接面对齐；
S2，将金属多孔材料舵翼的焊接装置置于电子束焊机的真空室内，当真空度优于10-2Pa以上后，开启高温加热器(6)进行加热，按照预设的升温曲线进行焊前预热；高温加热器(6)加热后的温度范围为700-1000℃；
S3，当多孔材料部件(1-1)的加热温度至所需温度范围后，关闭高温加热器(6)；
S4，调整电子束焊机的电子枪位置，使得电子枪与预焊接面对齐，按照预设的焊接工艺对当前表面进行焊接；加速电压：150KV，焊接束流15mA，焊接速度1500mm/min；
S5，焊接完成后，开启高温加热器(6)加热至所需温度范围，使得焊缝(1-3)缓冷；
S6，调整多孔材料舵翼(1)的角度，使多孔材料舵翼(1)的另一个面朝向电子束焊机的电子枪，执行S4，直至所有面都完成焊接，并冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，定位槽(4)上设置有热电偶(7)。
3.根据权利要求1所述的一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，下夹板(3-2)置于旋转工作台(9)上。
4.根据权利要求1所述的一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，S1中，多孔材料部件(1-1)和金属材料部件(1-2)间的错边量≤0.2mm，焊缝装配间隙≤0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，电子枪与预焊接面间的距离为400-1200mm。
6.根据权利要求4所述的一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，其特征在于，S6中，通过旋转工作台(9)转动，调整多孔材料舵翼(1)的角度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444911A (en) * 1994-05-05 1995-08-29 Chromalloy Gas Turbine Corporation Gas turbine engine vane assembly repair
JP5610727B2 (ja) * 2009-08-17 2014-10-22 三菱重工業株式会社 電子ビーム溶接装置
CN108161205B (zh) * 2017-12-06 2020-05-26 北京星航机电装备有限公司 一种翼舵类零件电子束焊接超塑成形工艺
CN108145369A (zh) * 2018-03-06 2018-06-12 安徽麦特电子股份有限公司 一种电容器外壳加工用焊接夹具
CN111761194B (zh) * 2020-06-10 2022-08-02 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法

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