CN117655491A - 一种t型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构。本方法，包括以下步骤：在盖板上加工安装槽，在筋板上加工下沉台阶；将盖板预装配在筋板表面，并进行接触面积检查；对盖板及筋板焊接位置进行退磁处理；清洗盖板及筋板表面，清洗干净污物；将钎料固定在筋板下沉台阶上；将筋板部件装配在工装上，装配盖板；将盖板与筋板进行初步点焊固定；将筋板与盖板装配件放入真空电子束焊接设备，固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接；焊接完成后在真空室保温一段时间，泄真空取出工件；去除工装，清理焊缝，对焊缝进行无损探伤检验。实现T型焊接结构高强度连接，应用于重型燃机燃烧器喷嘴壳体腔室焊接可提高腔室焊接质量和结构强度。

Description

一种T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，尤其是一种T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构。

背景技术

燃烧器喷嘴壳体是燃机燃烧器核心部件，具体来讲，燃烧器喷嘴壳体内部有许多独立腔室，内部存在许多燃料或气体腔室通道，各个通道之间需要保证完全独立密闭，对结构强度也有较高的要求，为实现产品的功能通常采用多个盖板与筋板开坡口或者角焊缝焊接形成T型焊接接头，并分别对每条焊缝进行检查。

受制于腔室尺寸限制、筋板厚度通常较薄(厚度≤10mm)，传统焊接方法采用多个盖板与筋板形成T型接头，并在筋板或盖板加工焊接坡口，然后采用熔焊方式使盖板与筋板连接起来保证腔室密封。但由于筋板结构限制，熔焊方法T型接头焊接量非常大、焊接变形不易控制、焊缝根部质量难以控制，熔焊难以保证焊接质量、接头强度和焊接变形。导致产品生产制造难度极大，为此需开发新的焊接工艺，以实现T型接头高质量连接。

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T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构，通过特殊的焊接工艺方法，实现T型焊接结构高强度连接，应用于重型燃机燃烧器喷嘴壳体腔室焊接可提高腔室焊接质量和结构强度。

本发明采用的技术方案如下：

一种T型焊接接头的复合焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：在盖板上加工与筋板对应位置安装槽，在筋板上加工用于放置钎料的下沉台阶；

步骤2：将盖板预装配在筋板表面，并进行接触面积检查，满足贴合面积条件时进行下一步，反之进行修配处理；

步骤3：对盖板及筋板焊接位置进行退磁处理；

步骤4：采用无水酒精清洗盖板及筋板表面，清洗干净污物；

步骤5：将钎料固定在筋板下沉台阶上；

步骤6：将筋板部件装配在工装上，确认位置正确后装配盖板，并确保筋板完全装配到盖板槽中；

步骤7：将盖板与筋板进行初步点焊固定；

步骤8：将筋板与盖板装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接；

步骤9：焊接完成后在真空室保温一段时间，然后泄真空取出工件；

步骤10：去除工装，清理焊缝，对焊缝进行无损探伤检验。

可供选择的，步骤2中，贴合面积条件为贴合面积≥90％。

可供选择的，步骤3中，采用高斯计测量盖板及筋板焊接位置附近剩磁，剩磁≥2高斯时采用退磁设备进行退磁处理。

可供选择的，步骤5中，所述钎料为BNi2箔带。

可供选择的，步骤5中，根据筋板下沉台阶尺寸及形状仿形裁剪钎焊用箔带，箔带与筋板表面平齐。

可供选择的，步骤8中，包括，步骤8.1：将筋板与盖板装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接枪示教焊接，示教时采用小束流进行焊接；

可供选择的，步骤8.2：示教后确认轨迹参数满足要求后：按预先确定熔深焊接参数进行产品焊缝的正式焊接。

可供选择的，步骤9中，保温时间为60～180min。

一种焊接结构，包括盖板和筋板，所述盖板与筋板呈T型连接，所述盖板的底部设有安装槽，所述筋板的顶部设有下沉台阶，所述下沉台阶的高度小于安装槽的高度。

可供选择的，所述下沉台阶设于筋板的两侧。

可供选择的，所述下沉台阶内放置有BNi2箔带。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所公开的一种T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构，采用真空电子束自熔复合钎焊方法，焊缝化学成份纯净,焊接接头强度高、质量好，热影响区小、焊件变形小；并且充分利用电子束焊接时热量将焊缝附近位置钎料同步熔化，增加T型接头焊缝有效界面积，提高T型接头结构强度，可用于重型燃机燃烧器喷嘴壳体、闭式叶轮等产品焊接。

2、本发明所公开的一种T型焊接接头的复合焊接方法及焊接结构，能够在采用电子束进行焊接时，利用电子束的热量将钎料熔化，增加连接的稳定性以及可靠性。

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T型焊接接头处的示意图。

图2是燃烧器喷嘴壳体内部的示意图。

图中标记：1-盖板，2-筋板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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。

一种T型焊接接头的复合焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：在盖板1上加工与筋板2对应位置安装槽，在筋板2上加工用于放置钎料的下沉台阶；

步骤2：将盖板1预装配在筋板2表面，并进行接触面积检查，满足贴合面积条件时进行下一步，反之进行修配处理；

步骤3：对盖板1及筋板2焊接位置进行退磁处理；

步骤4：采用无水酒精清洗盖板1及筋板2表面，清洗干净污物；

步骤5：将钎料固定在筋板2下沉台阶上；

步骤6：将筋板2部件装配在工装上，确认位置正确后装配盖板1，并确保筋板2完全装配到盖板1槽中；

步骤7：将盖板1与筋板2进行初步点焊固定；

步骤8：将筋板2与盖板1装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接；

步骤9：焊接完成后在真空室保温一段时间，然后泄真空取出工件；

步骤10：去除工装，清理焊缝，对焊缝进行无损探伤检验。

其中，步骤1的安装槽能够用于增加盖板1与筋板2之间的接触面积，增加连接的稳定性以及可靠性，并且能够对筋板2进行定位，方便进行焊接，并且保证焊接位置的精确度。下沉台阶能够用于放置钎料，使得钎料能在被加热的时候均匀地熔化连接盖板1和筋板2，同时还能有效增加焊接面积，提高焊接强度。如果不设置下沉台阶，在电子束焊接过程中可能会导致熔深不够，影响焊接质量。进一步的，所述安装槽宽度比筋板2宽0.1mm左右，利于装配和定位，同时可增加焊接面积；所述台阶高度约0.1mm左右。

步骤2能够确保焊接的质量和可靠性，防止因接触面积不足，造成焊接接头的强度和耐久性低，倾斜、错位或者未焊牢的问题，从而降低了钢结构件的使用寿命。

步骤3能防止后续的真空电子束焊接出现磁偏移和X射线的问题，以保证焊接效果。

步骤4能够去除表面附着的腐蚀产物和其它杂质，防止气孔和缺陷等的出现，提高焊接强度和质量。具体的，特别是焊接槽位置附近必须保证清洗干净。

步骤5能够保证钎料固定，防止其移动后造成连接不均匀的问题。

步骤6和步骤7能够保证盖板1和筋板2之间在正确的位置上，如果不固定，可能会发生移位或位移，从而导致焊接失效。点焊还可以确保需要焊接的两个金属零件之间的良好接触。焊接时，引起的形变可能会使两个金属零件之间的接触区域发生变化，从而影响焊接的质量。通过点焊固定可以确保需要焊接的两个金属部件始终保持良好接触，以确保高质量的焊接。进一步的，通过工装辅助定位确保筋板2完全装配到盖板1槽中，并检查贴合间隙，确保盖板1与筋板2间隙≤0.1mm.

步骤8利用电子束的能量使工件表面得到加热，形成融池并加压固化焊缝。

步骤9中，电子束焊接因产生的焊接热量较大，所以焊接完后会存在温度梯度巨大，导致焊接组织不稳定和残留应力过大，会影响焊接接头的强度和使用寿命。并且，利用一定的保温时间能够促使钎料与母材相互扩散，形成牢固结合。

步骤10对工件整体进行检查，确保焊接成功。

真空离子束在真空条件下,利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109w/cm2的极细束流高速冲击到工件表面上极小的部位,并在几分之一微秒时间内,其能量大部分转换为热能,使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度,致使材料局部熔化进行电子束焊接，进而利于对狭窄空间的小尺寸工件进行焊接。钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，焊接应力和变形较小。本发明方法采用在筋板2表面预制箔带钎料，装配盖板1,然后使用真空电子束焊接方法穿透盖板1并达到一定熔深实现盖板1与筋板2连接，同时利用电子束热量及真空环境将界面上电子束焊缝附近钎料同时熔化，增加T型接头有效结合面积，提高了T型接头结构强度，可有效解决T型焊接的焊接质量,保证T型接头界面熔合避免结构缝存在。此外还能够提供一个真空环境，在焊接过程中不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体污染，且有利于焊缝金属的除气和净化。

作为另一具体的实施方式，步骤2中，贴合面积条件为贴合面积≥90％。接贴合面积大于90％可以确保焊接接头的强度和密封性，防止焊缝处出现裂纹和漏气现象。如果焊接贴合面积过小，焊接接头就容易发生疲劳断裂或者塑性变形，从而导致工件失效。

作为另一具体的实施方式，步骤3中，采用高斯计测量盖板1及筋板2焊接位置附近剩磁，剩磁≥2高斯时采用退磁设备进行退磁处理。剩磁是由于电流在断开电路的瞬间引起磁场而产生的一种磁场。在焊接过程中，如果剩磁为2高斯以上，可能会对电子束产生偏转或扩散，从而使焊缝质量降低，甚至导致焊接缺陷的出现。因此，通过测量剩磁，能够确保电子束的焊接质量。

作为另一具体的实施方式，步骤5中，所述钎料为BNi2箔带。BNi2在真空或保护气氛中对不锈钢材料进行钎焊时提供高强度，具有良好的抗氧化性，焊接后的产品不会氧化，依然保持光洁明亮的颜色，同时能够保证焊接点的均匀度和强度。搭配本方法中的真空环境，在钎焊时能够避免气氛中的氧、氮等元素的污染，减少氧化物和氮化物的产生，保证熔点和性能，并且可以消除钎焊接头中的夹杂物和气孔，使钎焊接头质量更好，性能更稳定。

作为另一具体的实施方式，步骤5中，根据筋板2下沉台阶尺寸及形状仿形裁剪钎焊用箔带，箔带与筋板2表面平齐。在钎焊中，不同于焊接，钎料是通过加热和熔化使其润湿金属表面并流入连接处，起到连接作用。如果钎料过大，会导致连接处加强效果不好，钎缝密封性不好。反之，如果钎料过小，会导致不易填充，不足以形成良好的连接。因此，钎料的大小与下沉台阶对应，这样可以确保钎料充满槽并溶接金属表面。此外，如果钎料与下沉台阶大小不匹配，则会导致下沉台阶内钎焊材料累积的厚度过大或过小，进一步影响钎焊接头的强度和质量。进一步的，所述箔带厚度≤0.1mm。

作为另一具体的实施方式，步骤8中，包括，步骤8.1：将筋板2与盖板1装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接枪示教焊接，示教时采用小束流进行焊接；

步骤8.2：示教后确认轨迹参数满足要求后：按预先确定熔深焊接参数进行产品焊缝的正式焊接。

具体的，示教焊接能够通过手动操作机械臂，将操作者的运动轨迹转换为机械臂控制程序，达到精准的位置定位和姿态控制，从而实现对焊接过程的自动化控制。能够提高焊接的效率和精度，减少人工干预，降低人员劳动强度和安全风险，减少焊接过程中的误差和缺陷，提高焊接质量和生产效率。

作为另一具体的实施方式，步骤9中，保温时间为60～180min。保温的时间和温度根据具体材料的性质而定，一般应该在材料固溶温度以下进行。保温的时间越长，焊接区域的应力和变形就越少，因此焊接后在保温炉内保温60-180分钟，可以确保焊接接头的力学性能和尺寸精度满足要求，保证焊接接头的质量稳定和可靠性。

一种焊接结构，如图1、图2所示，包括盖板1和筋板2，所述盖板1与筋板2呈T型连接，所述盖板1的底部设有安装槽，所述筋板2的顶部设有下沉台阶，所述下沉台阶的深度小于安装槽的深度。通过安装槽能够用于增加盖板1与筋板2之间的接触面积，增加连接的稳定性以及可靠性，并且能够对筋板2进行定位，方便进行焊接，并且保证焊接位置的精确度。下沉台阶能够用于放置钎料，使得钎料能在被加热的时候均匀地熔化连接盖板1和筋板2。

作为另一具体的实施方式，所述下沉台阶设于筋板2的两侧。下沉台阶能够用于放置钎料，使得钎料能在被加热的时候均匀地熔化连接盖板1和筋板2，同时还能有效增加焊接面积，提高焊接强度。如果不设置下沉台阶，在电子束焊接过程中可能会导致熔深不够，影响焊接质量。

作为另一具体的实施方式，所述下沉台阶内放置有BNi2箔带。BNi2在真空或保护气氛中对不锈钢材料进行钎焊时提供高强度，具有良好的抗氧化性，焊接后的产品不会氧化，依然保持光洁明亮的颜色，同时能够保证焊接点的均匀度和强度。

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 (10)

1.一种T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在盖板上加工与筋板对应位置安装槽，在筋板上加工用于放置钎料的下沉台阶；

步骤2：将盖板预装配在筋板表面，并进行接触面积检查，满足贴合面积条件时进行下一步，反之进行修配处理；

步骤3：对盖板及筋板焊接位置进行退磁处理；

步骤4：采用无水酒精清洗盖板及筋板表面，清洗干净污物；

步骤5：将钎料固定在筋板下沉台阶上；

步骤6：将筋板部件装配在工装上，确认位置正确后装配盖板，并确保筋板完全装配到盖板槽中；

步骤7：将盖板与筋板进行初步点焊固定；

步骤8：将筋板与盖板装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接；

步骤9：焊接完成后在真空室保温一段时间，然后泄真空取出工件；

步骤10：去除工装，清理焊缝，对焊缝进行无损探伤检验。

2.如权利要求1所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤2中，贴合面积条件为贴合面积≥90％。

3.如权利要求1所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤3中，采用高斯计测量盖板及筋板焊接位置附近剩磁，剩磁≥2高斯时采用退磁设备进行退磁处理。

4.如权利要求1所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤5中，所述钎料为BNi2箔带。

5.如权利要求4所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤5中，根据筋板下沉台阶尺寸及形状仿形裁剪钎焊用箔带，箔带与筋板表面平齐。

6.如权利要求1所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤8中，包括，步骤8.1：将筋板与盖板装配件放入真空电子束焊接设备，调整工件焊接位置后固定，设备启动抽真空，采用电子束设备进行焊接枪示教焊接，示教时采用小束流进行焊接；

步骤8.2：示教后确认轨迹参数满足要求后：按预先确定熔深焊接参数进行产品焊缝的正式焊接。

7.如权利要求1所述的T型焊接接头的复合焊接方法，其特征在于：步骤9中，保温时间为60～180min。

8.一种焊接结构，包括盖板(1)和筋板(2)，所述盖板(1)与筋板(2)呈T型连接，所述盖板(1)的底部设有安装槽，所述筋板(2)的顶部设有下沉台阶，所述下沉台阶的高度小于安装槽的高度。

9.如权利要求8所述的焊接结构，其特征在于：所述下沉台阶设于筋板(2)的两侧。

10.如权利要求8所述的焊接结构，其特征在于：所述下沉台阶内放置有BNi2箔带。