一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，所述方法包括：获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求；根据板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间；根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；电子束焊机根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。通过编辑扫描图形并结合磁场的偏转控制多束流电子束对工件的扫描，达到最终控制焊后变形和残余应力的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，所述方法包括：获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求；根据板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间；根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；电子束焊机根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。通过编辑扫描图形并结合磁场的偏转控制多束流电子束对工件的扫描，达到最终控制焊后变形和残余应力的目的。【专利说明】一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统
本专利技术关于电子束加工
，特别是关于电子束的焊接技术，具体的讲是一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统。
技术介绍
传统的电子束焊接技术因其能量密度高、热影响区小、焊接质量高等优先，在工程领域中应用十分广泛。但是，有些零件或结构由于对焊接残余应力和变形的控制要求比较高，而且有些材料、零件结构无法进行焊后整体热处理，对经济效益产生重大的影响。为此，现有技术中亟需在电子束焊接过程中尽量控制或降低残余应力和变形。传统的电子束焊接技术存在如下不足:(I).电子束焊接存在残余应力或变形，无法满足某些零件的高精度尺寸要求。(2).某些零件由于材料或结构的限制，无法进行后续热处理。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，基于热拉伸效应的基本原理，在电子束焊接过程中，通过在焊缝两侧利用电子束扫描实现的特定形貌的辅助热源进行加热，使受热区膨胀，从而在焊缝及近缝区削弱或消除焊缝及近缝区上压缩塑性应变，并有效降低拉伸残余应力。本专利技术的目的之一是，提供一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法，包括:获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求；根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间；根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；电子束焊机根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。本专利技术的目的之一是，提供了一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统，包括:电子束焊机以及扫描图形编辑器，所述的扫描图形编辑器，用于获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求，根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间，根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；所述的电子束焊机，用于根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。本专利技术的有益效果在于，提供了 一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，与现有技术相比，借助于多束流技术，通过编辑扫描图形并结合磁场的偏转控制多束流电子束对工件的扫描，实现多热源控制，从而调节焊接过程中的温度场，达到利用热拉伸效应动态控制焊接过程中的应力应变分布、最终控制焊后变形和残余应力的目的，采用后置式热源，扫描图形种类、热源分布位置、束流能量分布均可灵活控制，焊后变形和残余应力控制有效，具有广阔的应用前景。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法的流程图；图2为图1中的步骤S104的具体流程图；图3为本专利技术实施例提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统的不意图；图4为本专利技术提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统中电子束焊机的结构框图；图5为本专利技术提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法中热拉伸效应的示意图；图6为编辑的扫描图形中焊接热源和辅助热源的位置示意图；图7为辅助热源的扫描元素种类为MXN点阵的示意图；图8为辅助热源的扫描元素种类为同心圆的示意图；图9为辅助热源的扫描元素种类为同心椭圆的示意图；图10为辅助热源的扫描元素种类为同心矩形阵的示意图；图11为辅助热源的扫描元素种类为阿基米德螺旋线的示意图；图12为具体实施例中焊接后的试板的示意图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。有鉴于现有技术中有些零件或结构对焊接残余应力和变形的控制要求比较高，而且有些材料、零件结构无法进行焊后整体热处理，对经济效益产生重大的影响。为此，需要在电子束焊接过程中尽量控制或降低残余应力和变形。本专利技术提出一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法，图1为该方法的具体流程图，由图1可知，所述的方法包括:SlOl:获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求。如图5所示的具体实施例中的两块试板10，焊缝为40，在该实施例中，板材尺寸为500mm*225mm,板材厚度为5mm,材料种类为碳钢,焊接过程中的变形控制要求为要求焊接后试板横向和纵向的收缩变形控制在0.5_以内。在本专利技术的其他实施方式中，材料种类还可为金属，包括不锈钢或钛合金或铜合金或铝合金等。S102:根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间。如图5所示的具体实施例中，由于板材尺寸为500mm*225mm，板材厚度为5mm，材料种类为碳钢，要求焊接后试板横向和纵向的收缩变形控制在0.5_以内，因此将工艺参数分别设置为:两个辅助热源20与焊接热源30的横向距离dx为20毫米、纵向距离dy为280毫米、辅助热源与焊接热源的能量分配比例1:3: 1、焊接热源的束流为9mA、辅助热源的束流为3mA，焊接速度为5mm/s，扫描频率为500Hz，焊接时间为100s。。多束流内每束热源(焊接热源和辅助热源)的能量分配取决于由束流在不同作用位置的停留时间，该停留时间可通过增加或减少一个完整的扫描周期内束流扫描特定位置的次数来决定，也就是说通过增加或减小一个扫描周期内，扫描图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法，其特征是，所述的方法具体包括：获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求；根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间；根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；电子束焊机根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王西昌，许恒栋，毛智勇，付鹏飞，唐振云，李晋炜，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11