一种电子束焊接方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束焊接方法


[0001]本专利技术涉及真空电子束加工
，特别是涉及一种电子束焊接方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]本专利技术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。
[0007](2)技术方案
[0008]第一方面，本专利技术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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桐，唐振云，付鹏飞，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：