CN115319256A - 一种电子束焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子束焊接方法，用于提高待焊工件的焊缝质量，包括设计电子束斑的参数信息；调整各电子束斑的运动轨迹均与焊缝的长度方向重合；控制电子束对试验样板上的焊缝进行焊接得到成型焊缝；根据成型焊缝的质量来调整电子束斑的参数信息以及电子束焊机的焊接参数；采用调整后的电子束斑的参数信息以及电子束焊机的焊接参数对待焊工件上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。本发明用于解决室温脆性大、裂纹倾向大的材料在进行电子束焊接时易产生裂纹以及现有电子束焊接易产生熔深不足、焊缝形貌与焊缝内部质量差的问题。

Description

一种电子束焊接方法

技术领域

本发明涉及真空电子束加工技术领域，特别是涉及一种电子束焊接方法。

背景技术

电子束焊接是利用电子枪发射的高速电子束流，汇聚在工件焊缝处形成高能量密度的电子束斑，瞬间熔化金属形成熔池，同时通过让工件与电子束斑产生相对运动，从而使焊缝熔合的一种焊接方法，其优点主要有：(1)能量密度大；(2)焊缝深宽比大；(3)焊接质量高；(4)焊接过程精确可控。

现有技术主要是利用单一电子束斑进行焊接，高能量密度的电子束斑会使焊缝处金属经历瞬间熔化——快速冷却凝固的热循环，基于电子束焊接技术自身的特点，使得这一热循环特性较为单一，很难通过改变焊接参数实现质的变化。对于一些室温脆性大、裂纹倾向大的材料，如金属间化合物、超高强钢、高温合金等，一般应采用具有较慢冷却速度的焊接方法进行焊接，而电子束焊接因其单一的热循环特性，即使大幅调整焊接参数，也很难降低电子束焊接冷却速度，以至于焊缝的温度场和应力场较难产生大幅改变，使得此类材料在进行电子束焊接时工艺窗口过窄，随焊缝厚度增加、结构复杂性增加，易产生焊接裂纹缺陷。

针对上述材料电子束焊接易开裂的问题，目前普遍采用的方法是，在电子束焊接前或焊接后，利用电子束散焦进行预热或缓冷，以降低焊接前后的焊缝附近的温度梯度，减缓冷却，降低焊缝开裂倾向。但该方法对于厚度超过8mm的工件或结构形式复杂的工件效果甚微，主要是由于电子束能量密度高，即使在散焦状态下，参数过大会使金属熔化，参数过小会使金属温度提升慢、传导慢，无法达到预热或缓冷效果。因此该方法只适用于结构简单且厚度较薄的工件，并且还存在工序复杂、加工效率低下的问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明提供一种电子束焊接方法，利用电子束焊机的偏转扫描功能生成多个沿焊缝长度方向(即焊接方向)分布的电子束斑，根据成型焊缝的质量，对电子束斑的能量比、束斑间距和束斑数量以及电子束焊机的焊接参数进行调节和优化，使得各电子束斑均位于待焊工件上焊缝的长度方向上，在焊接过程中利用各电子束斑之间的耦合作用，改变焊接熔池的热循环特性，达到完成焊接的同时，焊缝冷却速度也因多束斑的耦合作用而得到减缓的效果，最终实现易裂材料的高质量、高效率电子束焊接。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种电子束焊接方法，用于提高待焊工件上焊缝的焊接质量，包括步骤S1：设计能够使所述电子束在所述待焊工件的所述焊缝上同时形成多个电子束斑的电子束斑参数信息，所述电子束斑参数信息包括电子束斑的数量、各电子束斑的间距以及沿所述焊缝的长度方向的各电子束斑的能量比；步骤S2：选取与所述待焊工件具有相同性质的试验样板，并将所述试验样板安装于用于焊接所述待焊工件的电子束焊机上，所述相同性质包括材料属性、厚度、焊缝形式以及焊缝长度均相同；步骤S3：将步骤S1中的所述电子束斑参数信息加载到所述电子束焊机的控制面板上，同时驱动所述试验样板沿所述焊缝的长度方向运动并观测各所述电子束斑在所述试验样板上形成的运动轨迹是否均与所述焊缝的长度方向重合，若重合，则进入步骤S4；若不重合，则进入步骤S5；步骤S4：加载所述电子束焊机的焊接参数与所述电子束斑参数信息，控制各所述电子束斑对所述试验样板上的焊缝进行焊接，得到多个成型焊缝；步骤S5：调整所述试验样板在所述电子束焊机的位置或者各电子束斑在所述试验样板上的位置，使得各所述电子束斑的运动轨迹均与所述焊缝的长度方向重合后进入步骤S4；步骤S6：根据所述成型焊缝的质量来调整所述电子束斑参数信息以及所述电子束焊机的焊接参数并获取目标电子束斑参数信息以及电子束焊机的目标焊接参数；步骤S7：加载所述目标电子束斑参数信息并将所述目标焊接参数输入所述电子束焊机的控制面板上，使得各所述电子束斑在所述目标焊接参数的作用下对所述待焊工件上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。

进一步地，所述步骤S1中的设计所述电子束斑参数信息包括以下步骤S11：根据所述待焊工件的所述材料属性、所述厚度以及所述焊缝形式，设置不同数量的所述电子束斑；步骤S12：在所述待焊工件上构建平面直角坐标系，并在所述平面直角坐标系内设置处于不同坐标位置的各所述电子束斑；步骤S13：根据不同的焊接需求来设置各所述坐标位置处的扫描点数量，各所述扫描点数量的比值为各电子束斑的能量比；步骤S14：基于各所述电子束斑的坐标位置利用数学公式计算出各相邻两个所述电子束斑的间距。

进一步地，在所述步骤S12中，以所述待焊工件的焊缝的长度方向为X轴，垂直于焊缝的方向为Y轴构建所述平面直角坐标系。

进一步地，在所述步骤S13中各所述扫描点均布置在所述X轴上。

进一步地，所述步骤S5包括通过调整各所述电子束斑在所述平面直角坐标系的坐标位置，使得各所述电子束斑的运动轨迹与所述焊缝的长度方向重合。

进一步地，所述步骤S4中还包括步骤S41：根据所述待焊工件的材料属性设置多个所述电子束焊机的焊接参数以及对应多个所述电子束斑参数信息；步骤S42：加载各所述焊接参数和各所述电子束斑参数信息，控制各所述电子束斑对所述试验样板的焊缝进行焊接，得到多个不同焊接质量的所述成型焊缝。

进一步地，所述步骤S6中还包括步骤S61：对所述成型焊缝进行金相剖切处理来观测所述焊缝的截面形貌；步骤S62：对所述成型焊缝进行X射线探伤处理来检测所述焊缝的内部质量；步骤S63：再调整所述电子束焊机的焊接参数以及所述电子束斑参数信息直至所述截面形貌与所述内部质量均符合所述目标焊缝的焊接质量要求并确认所述焊接参数为所述目标焊接参数以及所述电子束斑参数信息为所述目标电子束斑参数信息。

进一步地，所述步骤S6中还包括测量所述成型焊缝的焊缝熔深是否达到所述目标焊缝的焊接质量要求，若不满足，则再次调整所述电子束焊机的焊接参数以及所述电子束斑的参数信息直至所述成型焊缝的焊缝熔深符合所述目标焊缝的焊接质量要求。

进一步地，所述步骤S7还包括步骤S71：将所述待焊工件装配至用于防止所述待焊工件在焊接过程中发生变形的工装内，并将所述待焊工件与所述工装共同安装至所述电子束焊机上；步骤S72：驱动所述待焊工件沿所述焊缝的长度方向移动并观测各所述电子束斑的运动轨迹与所述待焊工件上焊缝的长度方向是否均重合，若不重合，进入步骤S73；若重合，进入步骤S74；步骤S73：则调整所述待焊工件与所述工装在所述电子束焊机的位置或调整各所述电子束斑在所述待焊工件上的位置直至各所述电子束斑的运动轨迹均与所述待焊工件上焊缝的长度方向重合后进入步骤S74；步骤S74：以其中一个所述电子束斑为基准对所述焊缝进行示教编程用于获取各所述电子束斑的目标运动轨迹；步骤S75：加载所述目标电子束斑参数信息并将所述目标焊接参数输入所述电子束焊机的控制面板上，使得各所述电子束斑沿所述目标运动轨迹对所述待焊工件上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。

进一步地，所述焊接参数包括加速电压、焊接速度、聚焦电流、焊接束流以及扫描频率。

(3)有益效果

综上，本发明根据待焊工件的材料属性、厚度以及焊缝形式设置电子束斑参数信息，将其以扫描波形的形式加载到电子束焊接设备控制系统中形成多个电子束斑，通过设定电子束斑的数量、电子束斑间距及能量比，使得电子束斑在设定的坐标位置以及能量比下，能够产生相互耦合作用，再根据待焊工件的材料、厚度、焊缝形式对电子束斑参数信息及电子束焊机的焊接参数进行优化调整，使多个电子束斑均处于待焊工件上焊缝的长度方向上，实现电子束多束流耦合焊接，从而改变待焊工件在焊接过程中形成熔池的热循环特性，能够实现不同材料、厚度、焊缝形式的焊接需求，用于解决室温脆性大、裂纹倾向大的材料在进行电子束焊接时易产生裂纹以及现有电子束焊接易产生熔深不足、焊缝形貌与焊缝内部质量差的问题。

本发明通过在该待焊工件在构建平面直角坐标系并将多个电子束斑设置在该平面直角坐标系的X轴上即待焊工件上焊缝的长度方向上，利用各电子束斑在X轴上的各坐标位置关系以及设定的能量比进行相互耦合作用，使得焊接过程中多个电子束斑之间的相互作用和影响，改变焊接过程中熔池的热循环特性，从而实现不同材料、厚度、焊缝形式的焊接需求，如增加熔深、改善焊缝缺陷等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明的电子束焊接方法的工艺流程图。

图2是本发明的电子束斑参数信息设计过程的流程示意图。

图3是本发明的电子束焊接方法的另一工艺流程图。

图4是本发明的电子束焊接方法的另一工艺流程图。

图5是本发明的电子束焊接方法的另一工艺流程图。

图6是本发明的电子束斑参数信息设计的示意图。

图7是本发明的电子束斑运动轨迹与焊缝未重合的示意图。

图8是本发明的调整待焊工件位置后电子束斑运动轨迹与焊缝重合的示意图。

图9是本发明的调整电子束斑的坐标位置后电子束斑运动轨迹与焊缝重合的示意图。

图10是本发明的待焊工件的焊缝形式的结构示意图。

图11是本发明的电子束斑的平面直角坐标系的示意图。

图中：

1-待焊工件；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1、图6和图10所示，本发明涉及一种电子束焊接方法，用于提高待焊工件1上焊缝的焊接质量，包括步骤S1：设计能够使电子束在待焊工件1的焊缝上同时形成多个电子束斑的电子束斑参数信息，该电子束斑参数信息包括电子束斑的数量、各电子束斑的间距S以及沿焊缝的长度方向F1的各电子束斑的能量比E；步骤S2：选取与待焊工件1具有相同性质的试验样板，并将该试验样板安装于用于焊接该待焊工件1的电子束焊机上，该相同性质包括材料属性、厚度、焊缝形式以及焊缝长度均相同，该焊缝形式包括平面直线焊缝、平面环焊缝和回转体环焊缝(如图10所示)；步骤S3：将步骤S1中的电子束斑参数信息加载到电子束焊机的控制面板上(具体可以用扫描波形的方式对电子束斑参数信息进行加载)，同时驱动该试验样板沿其焊缝的长度方向F1运动并观测各电子束斑在该试验样板上形成的运动轨迹是否均与该焊缝的长度方向F1重合(若需要焊接平面环焊缝或回转体环焊缝时，则该焊缝的长度方向为曲线段，则需要将电子束斑的位置沿该曲线段的曲率布置)，若重合，则进入步骤S4；若不重合，则进入步骤S5；步骤S4：加载电子束焊机的焊接参数与电子束斑参数信息，控制各电子束斑对该试验样板上的焊缝进行焊接，得到多个成型焊缝；步骤S5：调整该试验样板在该电子束焊机的位置或者各电子束斑在该试验样板上的位置，使得各电子束斑的运动轨迹均与该试验样板上焊缝的长度方向F1重合后进入步骤S4，具体的该步骤S5中通过调整各电子束斑在平面直角坐标系的坐标位置(如图6)，使得各电子束斑的运动轨迹与试验样板上焊缝的长度方向F1重合；步骤S6：根据该成型焊缝的质量来调整电子束斑参数信息以及该电子束焊机的焊接参数并获取电子束斑的目标参数信息以及该电子束焊机的目标焊接参数，该焊接参数包括加速电压U、焊接速度v、聚焦电流If、焊接束流Ib以及扫描频率f；步骤S7：加载目标电子束斑参数信息并将目标焊接参数输入电子束焊机的控制面板上，使得各电子束斑在目标焊接参数的作用下对待焊工件1上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝，对环形焊缝进行多电子束斑焊接时，在完成焊接后的收束流阶段，需在减小焊接束流Ib的同时，改变聚焦电流If，以避免多个电子束斑在收束流时使得待焊工件的焊缝产生凹坑。

本发明根据待焊工件的材料属性、厚度以及焊缝形式设置电子斑束的参数信息，将其以扫描波形(“扫描波形”是一种可供电子束焊机PLC读取的程序文件，是以若干点坐标数据组成的CSV格式文件，通过加载扫描波形，PLC可控制电子束焊机的电子枪中的偏转线圈加载的电流值，从而改变偏转线圈中的磁场，电子受到偏转线圈中磁场的洛伦兹力而发生有规律的偏转，宏观上就会呈现电子束按特定轨迹进行周期性偏转扫描的现象，该扫描波形是电子束焊接领域内的常用手段，这里不再赘述)的形式加载到电子束焊机控制面板上形成多个电子束斑，通过设定电子束斑数量、电子束斑间距及能量比，使得电子束斑在设定的坐标位置以及能量比下，能够产生相互耦合作用(随着待焊工件沿着焊缝的长度方向移动，使得位于该焊缝上不同位置、不同能量比的各电子束斑会同时进行焊接，各电子束斑间则会相互影响，进而产生耦合作用共同影响焊缝形貌、熔深以及内部质量等)，再利用待焊工件的材料、厚度、焊缝形式对电子束斑的参数信息及电子束焊机的焊接参数进行优化调整，使多个电子束斑共同处于待焊工件上焊缝的长度方向上，实现电子束多束流耦合焊接，从而改变待焊工件在焊接过程中形成熔池的热循环特性，能够实现不同材料、厚度、焊缝形式的焊接需求，用于解决室温脆性大、裂纹倾向大的材料在进行电子束焊接时易产生裂纹以及现有电子束焊接易产生熔深不足、焊缝形貌与焊缝内部质量差的问题。

作为一种优选实施方式，如图2、图6和图11所示，在步骤S1中用于获取该电子束斑参数信息还包括步骤S11：根据该待焊工件1的材料属性、厚度以及焊缝形式，设置不同数量的电子束斑；步骤S12：在待焊工件上构建平面直角坐标系，以该待焊工件1的焊缝的长度方向为X轴，垂直于焊缝的方向为Y轴构建平面直角坐标系，并在该平面直角坐标系内设置处于不同坐标位置的各电子束斑；步骤S13：根据不同的焊接需求来设置各坐标位置处的扫描点数量，各扫描点均布置在该X轴上，各扫描点数量的比值为各电子束斑的能量比；步骤S14：基于各电子束斑的坐标利用数学公式(已知的数学公式)计算出各相邻两个所述电子束斑的间距。通过在该待焊工件在构建平面直角坐标系并将多个电子束斑设置在该平面直角坐标系的X轴上即待焊工件上焊缝的长度方向上，利用各电子束斑在X轴上的各坐标位置关系以及设定的能量比进行相互耦合作用，使得焊接过程中多个电子束斑之间的相互作用和影响，改变焊接过程中熔池的热循环特性，从而实现不同材料、厚度、焊缝形式的焊接需求，如增加熔深、改善焊缝缺陷等。

具体来说，本发明根据待焊工件的材料属性、厚度以及焊缝形式来设定电子束斑的数量N，而各电子束斑的间距S代表相邻两个束斑的距离，因此与电子束斑的数量N相关，当电子束斑的数量N＝m时，共有(m-1)个电子束斑间距S。例如设置电子束斑的数量N＝2时，如图6所示，以焊缝的长度方向为X轴，垂直于焊缝的方向为Y轴构建平面坐标系，在该平面坐标系内设置该两个电子束斑的坐标位置A和B，沿焊接方向为X轴正方向，根据焊接的目的不同来设置两个电子束斑的位置，例如将A位置设为前置束斑，坐标为(x_A，y_A)，A位置包含的扫描点的数量为n_A；将B位置设为后置束斑，坐标为(x_B，y_B)且x_A＞x_B，B位置包含的扫描点的数量为n_B。此时，电子束斑的间距S_AB＝((x_A-x_B)²+(y_A-y_B)²)^1/2(为已知数学公式)。若束斑数量N＝3，相当于同时生成3个束斑A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)，那么束斑间距S分别为S_AB和S_BC，S_AB＝((x_A-x_B)²+(y_A-y_B)²)^1/2，S_BC＝((x_B-x_C)²+(y_B-y_C)²)^1/2，以此类推，束斑间距设置较小时，如束斑间距0.5mm≤S＜3mm，多个电子束斑产生的熔池会产生合并效果，合并后的熔池会根据设定的束斑数量和能量比，在熔池内不同位置形成不同的温度，以此形成温度梯度，从而改善焊缝整体的冷却速度，适用于导热较慢且焊接易裂的金属材料；束斑间距设置较大时，如束斑间距S＞8mm，多个电子束斑产生的熔池会相互独立，后置束斑会在紧随前置束斑，使得焊缝金属在短时间内经历多次熔化和凝固过程，由于在极为短暂的凝固和再次熔化过程中，焊缝金属的温度并未发生大幅下降，后置束斑的重熔过程不但可以起到减缓冷却的作用，同时，重熔还能进一步的消除焊缝中的气孔缺陷，提升焊缝内部质量，适用于易产生气孔且焊接易裂的金属材料；束斑间距设置适中时，如束斑间距3mm≤S≤8mm，多个电子束斑产生的熔池会介于相互独立与合并两种状态之间，可有效降低电子束焊接后的冷却速度，从而减缓焊缝开裂，适用于导热较快且焊接易裂的金属材料，同时，由于电子束在坐标位置停留的时间越长，所产生的能量就越多，因此通过设置A、B两位置包含的扫描点的数量，就可以调控电子束在该两处位置的能量比，即E_AB＝n_A：n_B(若束斑数量N＝3时，则沿焊接方向布置三个电子束斑，需要调控电子束斑在三处位置的能量比，E_ABC＝n_A：n_B：n_C)，为了增加熔深，可采用E＜1，即后置束斑能量大于前置束斑的参数，即前置束斑能量低时，其形成的熔池温度低，对后置束斑能起到预热和增加熔深的作用，可实现利用较小的功率获得较大的熔深的效果，适用于焊接易裂且需要较大熔深的材料和结构；而为了降低焊缝的开裂风险，可采用E≥1，及前置束斑能量大于或等于后置束斑的参数，即后置束斑能量低时，其形成的熔池温度低，对焊接过程会起到明显的减缓冷却效果，适用于焊后因冷却速度快易形成脆性较大的针状马氏体组织的金属材料。

作为另一种优选实施方式，如图3所示，该步骤S4中还包括步骤S41：根据待焊工件1的材料属性设置多个电子束焊机的焊接参数以及对应多个电子束斑参数信息；步骤S42：加载各电子束焊机焊接参数和对应的各电子束斑参数信息，控制各电子束斑对试验样板的焊缝进行焊接，得到多个不同焊接质量的成型焊缝。具体而言，根据待焊工件的裂纹敏感性可对加速电压U、聚焦电流If、焊接速度v、电子束斑的数量N、沿焊缝的长度方向F1(即焊接方向)的电子束斑的能量比E以及各电子束斑的间距S进行调整，例如，对于焊接易裂的超高强钢、高温合金、金属间化合物等材料，可选择电子束斑N＝2或3，相邻两个电子束斑的能量比E≥1即前置电子束斑的扫描点数量大于后置电子束斑的扫描点数量(如图6所示)，电子束斑的间距S可在1～5mm进行调整，焊接速度v可在3～10mm/s进行调整等。

作为其他可选实施方式。

优选地，如图4所示，该步骤S6还包括步骤S61：对成型焊缝进行金相剖切处理来观测该焊缝的截面形貌；步骤S62：对成型焊缝进行X射线探伤处理来检测焊缝的内部质量；步骤S63：再调整电子束焊机的焊接参数以及电子束斑的参数信息直至截面形貌与内部质量均符合目标焊缝的焊接质量要求并确认此时的焊接参数为目标焊接参数以及此时的电子束斑参数信息为目标电子束斑参数信息。具体而言，根据成型焊缝的截面形貌可对加速电压U、聚焦电流If、焊接速度v、电子束斑的间距S进行调整，根据成型焊缝的内部质量可对焊接速度v、沿焊缝的长度方向F1(即焊接方向)的电子束斑的能量比E和扫描频率f进行调整。

优选地，如图4所示，该步骤S6中还包括测量成型焊缝的焊缝熔深是否达到目标焊缝的焊接质量要求，若不满足，则再次调整电子束焊机的焊接参数以及电子束斑的参数信息直至成型焊缝的焊缝熔深符合目标焊缝的焊接质量要求。具体而言，根据成型焊缝的焊缝熔深可对加速电压U、焊接束流Ib、沿焊缝的长度方向F1(即焊接方向)的电子束斑的能量比E进行调整。

优选地，如图5所示，该步骤S7还包括：步骤S71：将待焊工件1装配至用于防止待焊工件1在焊接构成中发生变形的工装内，并将待焊工件1与工装共同安装至电子束焊机上，采用工装对待焊工件进行定型用于防止由于多个电子束斑耦合作用在焊接时易形成的更大的熔池，熔化金属量也会更多，产生的焊接应力会造成焊缝形成较大的变形；步骤S72：驱动待焊工件1移动并观测各电子束斑的运动轨迹与待焊工件1上焊缝的长度方向是否均重合，若不重合，进入步骤S73；若重合，进入步骤S74；步骤S73：调整待焊工件1与工装在电子束焊机的位置或调整各电子束斑在所待焊工件1上的位置直至各电子束斑的运动轨迹均与待焊工件1上焊缝的长度方向重合后进入步骤S74；步骤S74：以其中一个电子束斑为基准对待焊工件上的焊缝进行示教编程用于获取各电子束斑的目标运动轨迹(该目标运动轨迹为电子束斑的运动轨迹中能够精准的沿焊缝长度方向移动的其中一种运动轨迹)，通过采用现有技术中常规示教编程的操作方法能够使得各电子束斑在焊接过程中均位于焊缝上，避免各电子束斑的运动轨迹偏离该焊缝的长度方向，提高焊接的准确性；步骤S75：加载目标电子束斑参数信息并将目标焊接参数输入电子束焊机的控制面板上，使得各电子束斑沿目标运动轨迹对待焊工件1上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电子束焊接方法，用于提高待焊工件(1)上焊缝的焊接质量，其特征在于，包括步骤如下：

步骤S1：设计能够使所述电子束在所述待焊工件(1)的所述焊缝上同时形成多个电子束斑的电子束斑参数信息，所述电子束斑参数信息包括电子束斑的数量、各电子束斑的间距以及沿所述焊缝的长度方向的各电子束斑的能量比；

步骤S2：选取与所述待焊工件(1)具有相同性质的试验样板，并将所述试验样板安装于用于焊接所述待焊工件(1)的电子束焊机上，所述相同性质包括材料属性、厚度、焊缝形式以及焊缝长度均相同；

步骤S3：将步骤S1中的所述电子束斑参数信息加载到所述电子束焊机的控制面板上，同时驱动所述试验样板沿所述焊缝的长度方向运动并观测各所述电子束斑在所述试验样板上形成的运动轨迹是否均与所述焊缝的长度方向重合，若重合，则进入步骤S4；若不重合，则进入步骤S5；

步骤S4：加载所述电子束焊机的焊接参数与所述电子束斑参数信息，控制各所述电子束斑对所述试验样板上的焊缝进行焊接，得到多个成型焊缝；

步骤S5：调整所述试验样板在所述电子束焊机的位置或者各电子束斑在所述试验样板上的位置，使得各所述电子束斑的运动轨迹均与所述焊缝的长度方向重合后进入步骤S4；

步骤S6：根据所述成型焊缝的质量来调整所述电子束斑参数信息以及所述电子束焊机的焊接参数并获取目标电子束斑参数信息以及电子束焊机的目标焊接参数；

步骤S7：加载所述目标电子束斑参数信息并将所述目标焊接参数输入所述电子束焊机的控制面板上，使得各所述电子束斑在所述目标焊接参数的作用下对所述待焊工件(1)上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。

2.根据权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中的设计所述电子束斑参数信息包括以下步骤：

步骤S11：根据所述待焊工件(1)的所述材料属性、所述厚度以及所述焊缝形式，设置不同数量的所述电子束斑；

步骤S12：在所述待焊工件(1)上构建平面直角坐标系，并在所述平面直角坐标系内设置处于不同坐标位置的各所述电子束斑；

步骤S13：根据不同的焊接需求来设置各所述坐标位置处的扫描点数量，各所述扫描点数量的比值为各电子束斑的能量比；

步骤S14：基于各所述电子束斑的坐标位置利用数学公式计算出各相邻两个所述电子束斑的间距。

3.根据权利要求2所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S12中，以所述待焊工件(1)的焊缝的长度方向为X轴，垂直于焊缝的方向为Y轴构建所述平面直角坐标系。

4.根据权利要求3所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S13中各所述扫描点均布置在所述X轴上。

5.根据权利要求2所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S5包括通过调整各所述电子束斑在所述平面直角坐标系的坐标位置，使得各所述电子束斑的运动轨迹与所述焊缝的长度方向重合。

6.根据权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括：

步骤S41：根据所述待焊工件(1)的材料属性设置多个所述电子束焊机的焊接参数以及对应多个所述电子束斑参数信息；

步骤S42：加载各所述焊接参数和各所述电子束斑参数信息，控制各所述电子束斑对所述试验样板的焊缝进行焊接，得到多个不同焊接质量的所述成型焊缝。

7.根据权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S6中还包括：

步骤S61：对所述成型焊缝进行金相剖切处理来观测所述焊缝的截面形貌；

步骤S62：对所述成型焊缝进行X射线探伤处理来检测所述焊缝的内部质量；

步骤S63：再调整所述电子束焊机的焊接参数以及所述电子束斑参数信息直至所述截面形貌与所述内部质量均符合所述目标焊缝的焊接质量要求并确认所述焊接参数为所述目标焊接参数以及所述电子束斑参数信息为所述目标电子束斑参数信息。

8.根据权利要求7所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S6中还包括测量所述成型焊缝的焊缝熔深是否达到所述目标焊缝的焊接质量要求，若不满足，则再次调整所述电子束焊机的焊接参数以及所述电子束斑参数信息直至所述成型焊缝的焊缝熔深符合所述目标焊缝的焊接质量要求。

9.根据权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S7还包括：

步骤S71：将所述待焊工件(1)装配至用于防止所述待焊工件(1)在焊接过程中发生变形的工装内，并将所述待焊工件(1)与所述工装共同安装至所述电子束焊机上；

步骤S72：驱动所述待焊工件(1)沿所述焊缝的长度方向移动并观测各所述电子束斑的运动轨迹与所述待焊工件上焊缝的长度方向是否均重合，若不重合，进入步骤S73；若重合，进入步骤S74；

步骤S73：调整所述待焊工件(1)与所述工装在所述电子束焊机的位置或调整各所述电子束斑在所述待焊工件(1)上的位置直至各所述电子束斑的运动轨迹均与所述待焊工件(1)上焊缝的长度方向重合后进入步骤S74；

步骤S74：以其中一个所述电子束斑为基准对所述焊缝进行示教编程用于获取各所述电子束斑的目标运动轨迹；

步骤S75：加载所述目标电子束斑参数信息并将所述目标焊接参数输入所述电子束焊机的控制面板上，使得各所述电子束斑沿所述目标运动轨迹对所述待焊工件(1)上的焊缝进行焊接，得到符合焊接质量要求的目标焊缝。

10.根据权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述焊接参数包括加速电压、焊接速度、聚焦电流、焊接束流以及扫描频率。

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