CN205129170U - 一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，包括待焊接的第一焊件和第二焊件，在第二焊件上设置有背衬，背衬上设置有靠近第一焊件的嵌接面，嵌接面与第一焊件之间留有夹角。本实用新型第二焊件上背衬的嵌接面为斜边，形成斜背衬嵌接，引导第一焊件快速装配，提高装配效率；同时与第一焊件之间留有夹角，焊缝边界完全暴露，利于X光探伤直接进行，减小了打磨的工作量，提高了工作效率，可采用车加工一次完成背衬的去除工作，消除了打伤第一焊件和第二焊件的风险，降低质量损失，适用范围广。

Description

一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头

【技术领域】

本实用新型属于焊接领域，具体涉及一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头。

【背景技术】

在航空发动机机匣等环形焊接组件中，大量采用电子束环焊缝，为了提高定位精度和控制焊接变形，普遍采用了背衬嵌接和肩填充+背衬嵌接的焊缝接头，如图1中的a)和b)所示。对于环形件，这种接头形式能够正确定位，并能够撑圆薄壁的零件，有利于控制焊接变形。

但是这两种焊接接头的嵌接面5不能完全焊合，在嵌接面上存在焊缝边界7，如图2所示。而且在实际生产中存在以下问题：

1)这两种焊接接头的背衬与基体之间残留未焊合的接缝，焊缝边界处于接缝中，在X光探伤时，焊缝边界会在X光片上显示不规矩影线，很难鉴别这种影线是否为焊接缺陷，从而造成X光探伤不能得出肯定的结论。

为此，经常不得不在X光探伤前加工掉背衬。而这种焊接接头的背衬与基体贴合紧密，要将背衬彻底去除，往往会伤及焊件主体，造成焊件壁厚减薄。而背衬去除不彻底，焊缝边界无法暴露，X光探伤的影线无法消除。

另一方面，由于航空发动机零件壁薄，焊后焊缝处存在较大变形，跳动量较大，不能采用车加工将背衬均匀、干净地去除，只能采用车加工将大余量去除，剩余车不干净的部分采用钳工打磨的方法去除。由于打磨是手工操作，操作工很难控制完全去除背衬而又不伤及焊件基体，造成操作工精神紧张、加工效率低下、而且产品质量没有保障。实际生产中经常出现厚度减薄引起的超差和报废现象。

2)由于航空发动机薄壁件常存在变形，环形焊口常存在一定的圆度误差，采用直背衬嵌接接头时，配合间隙较小，焊口难于装配，特别是在一个焊件是板料成形件时，由于钣金件变形较大，装配难度更大。为了顺利装配，常常给定较大的配合间隙，而较大的配合间隙不利于保证同心度和控制焊接变形。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，焊口装配方便，且背衬容易去除，产品合格率高。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

包括待焊接的第一焊件和第二焊件，在第二焊件上设置有背衬，背衬上设置有靠近第一焊件的嵌接面，嵌接面与第一焊件之间留有夹角。

进一步地，嵌接面与第一焊件之间的夹角为20～40°。

进一步地，背衬的厚度在2～5mm。

进一步地，背衬的嵌入长度在2～3mm。

进一步地，第二焊件的正面设置有肩填充结构。

进一步地，背衬的熔合间隙为0.05～0.30mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型将第二焊件上背衬的嵌接面由传统的直边改成斜边，形成斜背衬嵌接，引导第一焊件快速装配，提高装配效率；同时与第一焊件之间留有夹角，焊缝边界完全暴露，无需将焊缝背面打磨得与第一焊件和第二焊件基本完全齐平才能进行X光探伤，减小了打磨的工作量，提高了工作效率，在变形量不大的情况下，还可采用车加工一次完成背衬的去除工作，工作效率会进一步提高，消除了打伤第一焊件和第二焊件的风险，降低质量损失；本实用新型适用范围广，尤其是航空发动机零组件上需要打磨焊缝背面的电子束焊缝，也适用于航天发动机及其它燃气轮机上有类似焊缝结构和打磨要求的电子束焊缝或激光焊缝。

进一步，本实用新型通过设置肩填充结构，与斜面的背衬嵌接相结合，更好地定位，利于控制焊接变形。

进一步地，本实用新型背衬的熔合间隙在0.05～0.30mm，有效避免焊接完成后去掉背衬时切削到第一焊件和第二焊件的基体，能干净去除背衬，且保证X光探伤要求。

【附图说明】

图1是现有的两种接头示意图，其中a)是背衬嵌接接头，b)是肩填充+背衬嵌接接头；

图2是现有的接头嵌接面和焊缝的结构示意图；

图3是本实用新型的结构示意图；

图4是本实用新型的一个实例图；

图5是不同焊缝宽度时的熔合间隙，其中a)是0.6mm的焊缝宽度时，熔合间隙为0.2mm，b)是1.0mm的焊缝宽度时，熔合间隙为0.3mm；

图6是焊缝横断面形状和熔合间隙的示意图。

其中：1-第一焊件；2-第二焊件；3-焊缝；4-电子束；5-嵌接面；6-背衬；7-焊缝边界；8-肩填充结构。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

参见图3，本实用新型包括待焊接的第一焊件1和第二焊件2，在第二焊件2的正面设置有肩填充结构8，第二焊件2背部上设置有背衬6，背衬6上设置有靠近第一焊件1的嵌接面5，嵌接面5与第一焊件1之间留有夹角θ，θ为20～40°，30°比较适中，太小起不到作用，太大接头根部熔合不好，也影响定位效果。

参见图4至图6，本实用新型在焊接后，背衬6的根部会有一定宽度的熔合，用熔合间隙d7表示，即加工去除背衬6的时候能够保留的焊高；而且焊缝3的宽度越宽，根部熔合宽度也越宽，而熔合宽度越宽，熔合间隙d7越大，一般为0.05～0.30mm。

背衬6的根部厚度一般在2～5mm之间选择，薄料选择较小值，厚料选择较大值。为了增大焊缝宽度和熔深，也可选择较大值；背衬6的嵌入长度即嵌接面5的长度一般在2～3mm，以装配定位方便牢靠为度。以图4的接头尺寸为例，第一焊件1的厚度为D1为2.5mm，第二焊件2的厚度为D2为2.5mm；背衬6的底部长度d2为4mm，根部厚度d3为2mm，背衬6的根部至端面的长度d5为2mm；肩填充结构8的厚度d4为0.7mm，宽度d6为0.7mm。

如图5所示，在整体焊缝宽度为0.6mm时，分布在第一焊件1上的1/2焊缝宽度d1为0.3mm，熔合间隙d7为0.2mm；在焊缝宽度为1.0mm时，1/2焊缝宽度d1为0.3mm，熔合间隙d7为0.3mm。

本实用新型在常用的背衬嵌接接头的基础上，将背衬6的嵌接面5由直边改成斜边，即形成斜背衬嵌接，并将肩填充结构8与这种斜背衬嵌接相结合，形成一种“肩填充+斜背衬嵌接接头”，如图5所示，采用这种焊接接头，在焊后去除斜背衬时，当加工面距第一焊件1和第二焊件2的基体表面还有一定深度时，斜背衬就会被完全去除干净，消除了传统的直背衬与焊件基体之间的未焊接缝，使焊缝边界7完全暴露，从而消除了未焊接缝中的焊缝边界7对X光探伤的影响，图5中的虚线表示去除的背衬6。

本实用新型具有以下优点：

1)技术方面：

本实用新型形成可用于电子束4焊接的“肩填充+斜背衬嵌接接头”，该焊接接头除了自定位作用和肩填充作用外，还特别具有以下优点：

(1)背面斜的背衬6可以作为第一焊件1的引导，尤其适用于第一焊件1为环形焊件，在小配合间隙条件下，有利于焊接装配；还可以在适当的过盈量下进行良好的装配。

(2)斜的背衬6不需要使焊缝3背面与第一焊件1和第二焊件2基体完全齐平的情况下将背衬6的未焊接缝去除干净，从而消除了未焊接缝中的焊缝边界7对X光探伤的影响。

2)经济效益方面

该焊接接头对于薄壁件的焊接装配更方便，锥形的焊口可撑圆变形的焊件，同时引导焊件快速装配，提高装配效率。

在不需要将焊缝3背面打磨得与基体完全齐平的情况下解决了X光探伤问题；减小了打磨的工作量，提高了工作效率；在变形量不大的情况下，还可采用车加工一次完成斜背衬去除工作，工作效率会进一步提高；使打磨要求降低，消除了工人精神紧张；消除了打伤焊件基体的风险，避免了壁厚超差呈报和废品，降低了质量损失。

目前，航空发动机制造过程中有这种打磨要求的焊缝很多，若全部改用本实用新型焊接接头形式，会使产品质量和生产效率明显提高，将产生可观的经济效益。

具体实施方法：

1)试片制备

(1)选择与待焊接的第一焊件1和第二焊件2同材料的试片，试片大小按常规确定，厚度按接头要求确定。

(2)按接头尺寸要求加工试片焊缝接头。

2)电子束参数优化

(1)根据资料和经验选择2～3组试验参数。

(2)按选择参数分别焊接试片。

(3)将试片分别沿焊缝3垂直方向切断，对断面剖光、研磨、并腐蚀。

(4)检查焊缝3的轮廓、位置和大小，检查嵌接面5上焊缝边界7处的间隙大小。

(5)按焊缝3质量状况和嵌接面5上焊缝边界7处的间隙大小选择较好的参数组别，在其它要求满足的情况下，优先选择嵌接面5上焊缝边界7处的间隙大的参数组。

3)焊件制备

(1)对于径向环焊缝，接头是内孔与外锥根部之间的配合，配合关系选择小间隙配合，直径间隙在0.05～0.2mm之间为好；在薄壁钣金件焊接时，最好选择带一定过盈的配合，直径过盈量在0～0.3mm为度，以保证接头根部配合良好。

(2)对于轴向环焊缝，接头是内孔与外圆之间的配合，配合关系选择小过盈配合较好，也可选择过渡配合，控制直径最大间隙和最大过盈。

(3)焊件接头棱边去除毛刺，保持尖边。

4)焊前装配

(1)对于径向环焊缝，应尽可能使焊缝对接面紧密贴合。在局部存在间隙时，用清洁的塞尺检查焊缝对接面，确认间隙不大于0.05mm。

(2)对于轴向环焊缝，除了检查焊缝对接面之间的间隙不大于0.05mm之外，还应检查背衬根部是否贴合，在用塞尺检查不便时，可以采用其它方法间接测量，确认焊件结合到位。

5)电子束焊接

按优选的焊接参数进行电子束焊。

6)车加工背衬

(1)在车加工工序中，应标明允许背面熔合间隙d7高出第二焊件2基体的具体数值，比如：加工后熔合间隙d7为0.05～0.30mm，不允许切入第二焊件2的基体。在能干净去除背衬6、保证X光探伤要求的前提下，此数值越大越好。

(2)车加工前，应尽可能采用涨芯夹具将焊缝处撑圆，使去除背衬6后留下的熔合间隙均匀，这样仅采用车加工就能完成背衬6加工，避免后续的局部打磨操作。

(3)车加工前应打表检查焊缝3两边的第一焊件1和第二焊件2的基体跳动量，找出焊缝3两边高点，做出明显标识，车加工时以高点对刀，防止局部切入基体。

7)打磨背衬

(1)在满足X光探伤要求的情况下，应尽量采用车加工完成背衬6去除。在焊缝3变形太大，不得已时再进一步采用打磨方法。

(2)在打磨工序中，也应标明允许背面熔合间隙高出第二焊件基体的具体数值，比如：加工后熔合间隙d7为0.05～0.30mm，不允许切入基体。在能干净去除背衬、保证X光探伤要求的前提下，此数值越大越好。

(3)为了防止打磨过程中意外损伤焊件基体，应在打磨区域焊缝3两边贴上胶布等保护物。为了控制质量，应在焊缝3处标明第二焊件2厚度要求，提醒操作者注意，必要时检查。

8)X光探伤

X光探伤时，若有疑问，可以对照X光片、采用放大镜观察焊缝3的办法做出结论。

Claims (6)

1.一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：包括待焊接的第一焊件(1)和第二焊件(2)，在第二焊件(2)上设置有背衬(6)，背衬(6)上设置有靠近第一焊件(1)的嵌接面(5)，嵌接面(5)与第一焊件(1)之间留有夹角。

2.根据权利要求1所述的一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：嵌接面(5)与第一焊件(1)之间的夹角为20～40°。

3.根据权利要求1所述的一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：背衬(6)的厚度在2～5mm。

4.根据权利要求1或3所述的一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：背衬(6)的嵌入长度在2～3mm。

5.根据权利要求1所述的一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：第二焊件(2)的正面设置有肩填充结构(8)。

6.根据权利要求1所述的一种防止打磨焊缝背面使壁厚减薄的电子束焊接接头，其特征在于：背衬(6)的熔合间隙为0.05～0.30mm。