一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法技术

本发明专利技术提供一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，对超大厚度钛合金产品焊缝的上下表面对称施焊，并设计了焊接各步骤的参数范围，解决了当前高压电子束焊接设备焊接不易焊透该厚度产品的问题，巧妙解决了双面电子束焊接带来的焊缝中部钉尖缺陷无法排除的问题，保证了焊接质量和产品性能，适用于焊接厚度在80

【技术实现步骤摘要】
一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法


[0001]本专利技术涉及一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，属于钛合金电子束焊接


技术介绍

[0002]随着航空航天工业和制造技术的快速发展，飞行器产品性能对轻质、高强结构需求大幅提升，超大厚度钛合金结构件逐渐应用在产品设计中。以某飞行器支撑部件为例(图1)，由两个厚度为100mm的铸造钛合金实心块体对接组成，单个块体长度约1100mm，对接宽度约400mm，产品焊后直线度变形要求不超过3mm，焊接质量及一次合格率要求高、焊后排补及校形困难，因此对焊接技术提出了较高要求。电子束焊接作为一种具有能量密度高、热输入低、焊接变形小、焊缝深宽比大、焊接保护气氛优异等特点的焊接方法，在金属焊接领域，尤其在航空航天制造
，得到了广泛应用，极适合大厚度钛合金结构件的焊接。
[0003]然而，若采用传统中压电子束焊接方式，由于热输入能量有限，焊接深度无法达到100mm；若采用高压电子束焊接，在产品与电子束枪之间距离较大时，同样由于能量密度不足，也难以达到理论焊接深度；并且，采用双面电子束焊接的方式极易在焊缝熔池中部深度处造成钉尖缺陷，对于超大厚度钛合金，一旦产生该缺陷，很难去除。因此采用传统常规电子束焊接工艺方法难以获得满足GJB1718A
‑
2005《电子束焊接》标准中对I级接头的要求的产品。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，对超大厚度钛合金产品焊缝的上下表面对称施焊，并设计了焊接各步骤的参数范围，解决了当前高压电子束焊接设备焊接不易焊透该厚度产品的问题，巧妙解决了双面电子束焊接带来的焊缝中部钉尖缺陷无法排除的问题，保证了焊接质量和产品性能，适用于焊接厚度在80
‑
130mm之间的超大厚度钛合金电子束焊接，在航空航天制造
有着广泛应用前景。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，包括以下步骤：
[0007](1)对清理和装配完毕后的待焊零部件进行点固焊；
[0008](2)分别对待焊焊缝的上下表面进行电子束点固焊，点固焊中采用的聚焦电流为负值；
[0009](3)对待焊焊缝的下表面进行电子束正式焊，正式焊中采用的聚焦电流为负值；正式焊中在焊缝的前后分别设有加工余量；
[0010](4)对待焊焊缝的下表面进行电子束修饰焊接，并进行冷却；
[0011](5)对待焊焊缝的上表面进行电子束正式焊，正式焊中采用的聚焦电流为正值；正式焊中在焊缝的头尾部分别设有加工余量；
[0012](6)对待焊焊缝的上表面进行电子束修饰焊接。
[0013]进一步的，步骤(2)中，点固焊的各段焊缝长度为30～50mm，间隔为30～50mm；点固焊的电子束流的绝对值小于步骤(3)和(5)中的正式焊电子束流的绝对值。
[0014]进一步的，步骤(2)中，点固焊的聚焦电流为
‑
30～
‑
50mA，电子束流为30～50mA，焊接速度为400～700mm〃min
‑1，扫描方式为圆形。
[0015]进一步的，步骤(3)和(5)中，正式焊在焊缝的头尾部所设的加工余量为40～50mm。
[0016]进一步的，步骤(3)中，对待焊焊缝的下表面正式焊的聚焦电流为
‑
120～
‑
170mA，电子束流为220～280mA，焊接速度为400～700mm〃min
‑1，扫描方式为圆形；
[0017]步骤(5)中，对待焊焊缝的上表面正式焊的聚焦电流为+5～+20mA，电子束流为220～280mA，焊接速度为400～700mm〃min
‑1，扫描方式为直线形。
[0018]进一步的，步骤(4)中，对待焊焊缝的下表面修饰焊接的聚焦电流为
‑
20～+20mA，电子束流为70～110mA，焊接速度为400～700mm〃min
‑1，扫描方式为圆形；
[0019]步骤(6)中，对待焊焊缝的上表面修饰焊接的聚焦电流为+10～+30mA，电子束流为70～110mA，焊接速度为400～700mm〃min
‑1，扫描方式为直线形。
[0020]进一步的，步骤(3)和步骤(5)中，分别在待焊焊缝的下表面和上表面的焊接厚度方向增加5mm～7mm加工余量。
[0021]进一步的，所述步骤(1)中，点固焊的方式为手工焊，点固深度为1～2mm；
[0022]步骤(1)中，清理的步骤包括：
[0023]对以焊缝中心为起点，向垂直于焊缝方向的两侧延伸100～200mm的区域进行碱洗，并烘干后，机械打磨用待焊零部件对接面及以焊缝中心为起点向垂直于焊缝方向的两侧延伸30～70mm区域范围内的母材表面至露出亮白色金属光泽，并用酒精擦拭干净；
[0024]步骤(1)中，装配的方法为，通过多个压板将待焊零部件刚性固定在工装上，所述压板之间的间隔为150mm
‑
200mm。
[0025]进一步的，所述步骤(2)～步骤(6)在真空度≤2
×
10
‑5Pa的环境下进行；
[0026]所述步骤(2)～步骤(6)的扫描频率为400～600Hz。
[0027]进一步的。所述真空电子束焊接方法还包括步骤(7)焊后质量检测和真空热处理。
[0028]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0029](1)本专利技术采用电子束焊接的方法对超大厚度钛合金产品焊缝的上下表面对称施焊，解决了当前高压电子束焊接设备焊接不易焊透该厚度产品的问题，获得满足GJB1718A
‑
2005《电子束焊接》标准中对I级接头的要求的产品；
[0030](2)本专利技术一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，正式焊时，在上下表面分别采用上焦(聚焦电流为正值)和下焦(聚焦电流为负值)焊接的方式，巧妙解决了双面电子束焊接带来的焊缝中部钉尖缺陷无法排除的问题，保证了焊接质量和产品性能；
[0031](3)本专利技术一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，通过大量实验，得到了对焊缝的上下表面点固焊、正式焊、修饰焊的焊接参数优选范围，增大了焊接深度，得到良好稳定的焊缝；
[0032](4)本专利技术一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，特别设计了正式焊的聚焦电流值，首先采用较大的聚焦电流值对焊缝某一表面的焊缝进行焊接，翻面
后采用较小的聚焦电流值对另一表面的焊缝进行焊接，保证焊透焊缝；
[0033](5)本专利技术一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，产品焊缝方向前后各增加了40
‑
50mm的加工余量，在焊接厚度方向的上下表面各增加5mm至7mm加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对清理和装配完毕后的待焊零部件进行点固焊；(2)分别对待焊焊缝的上下表面进行电子束点固焊，点固焊中采用的聚焦电流为负值；(3)对待焊焊缝的下表面进行电子束正式焊，正式焊中采用的聚焦电流为负值；正式焊中在焊缝的前后分别设有加工余量；(4)对待焊焊缝的下表面进行电子束修饰焊接，并进行冷却；(5)对待焊焊缝的上表面进行电子束正式焊，正式焊中采用的聚焦电流为正值；正式焊中在焊缝的头尾部分别设有加工余量；(6)对待焊焊缝的上表面进行电子束修饰焊接。2.根据权利要求1所述的一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，其特征在于，步骤(2)中，点固焊的各段焊缝长度为30～50mm，间隔为30～50mm；点固焊的电子束流的绝对值小于步骤(3)和(5)中的正式焊电子束流的绝对值。3.根据权利要求1或2所述的一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，其特征在于，步骤(2)中，点固焊的聚焦电流为
‑
30～
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50mA，电子束流为30～50mA，焊接速度为400～700mm
·
min
‑1，扫描方式为圆形。4.根据权利要求1所述的一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，其特征在于，步骤(3)和(5)中，正式焊在焊缝的头尾部所设的加工余量为40～50mm。5.根据权利要求1所述的一种超大厚度大尺寸钛合金结构件真空电子束焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，对待焊焊缝的下表面正式焊的聚焦电流为
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120～
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170mA，电子束流为220～280mA，焊接速度为400～700mm
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min
‑1，扫描方式为圆形；步骤(5)中，对待焊焊缝的上表面正式焊的聚焦电流为+5～+20mA，电子束流为220～280mA，焊接速度为400～700mm
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【专利技术属性】
技术研发人员：谈哲君，王志敏，步贤政，姚为，武俊飞，孙少波，韩博文，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：