一種電子束焊接空心扁管類零件的方法與流程

本發明屬于焊接技術領域，涉及扁管類零件的焊接，具體涉及一種電子束焊接空心扁管類零件的方法。

背景技術：

空心扁管類零件在進行電子束焊接時，現有的焊接方法主要包括兩種：(1)若空心扁管類零件的空心扁管形狀規范，則將空心扁管類零件與電子束發生器進行相對旋轉，對空心扁管的焊接部位進行連續焊接；(2)若空心扁管類零件的空心扁管形狀不規范，則將電子束發生器固定，通過一次或多次翻轉空心扁管類零件，分段完成空心扁管類零件全部焊接部位的焊接。但上述兩種焊接方法都不能實現空心扁管上下兩側面焊接部位的同時焊接，因而焊接效率有待提高。

再者，對于兩個需通過焊接固連的空心扁管類零件，若被焊接部位的至少一側存在遮蔽情況，目前尚缺少有效的焊接方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電子束焊接空心扁管類零件的方法，以實現空心扁管類零件焊接部位上下兩側面的同時焊接，提高空心扁管類零件的焊接效率，并為焊接部位存在遮蔽情況的空心扁管類零件焊接提供一種有效焊接方法。

本發明提供的電子束焊接空心扁管類零件的方法，所述空心扁管類零件至少包括空心扁管，該方法包括以下步驟：

步驟1，將兩個空心扁管類零件安裝于電子束焊機真空室內的焊接工作臺上并使它們的空心扁管焊接部位滿足對接裝配，調整兩個空心扁管類零件的安裝位置使它們的空心扁管上側面與電子束發生器發出的電子束之間的夾角α為45°～90°；

步驟2，抽真空使得電子束焊機真空室內的真空度≤1.0×10^-3mbar；

步驟3，將焊接工作臺或電子束發生器以恒定的速度移動，使所述電子束從空心扁管長軸一側的焊接部位引入，并沿所述長軸方向移動至空心扁管長軸另一側的焊接部位末端，即完成兩個空心扁管類零件的焊接。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，在電子束從空心扁管長軸一側移動至另一側的過程中，由電子束發生器發出的電子束在對空心扁管上側面焊接部位進行焊接的同時，其透過上側面焊接部位的剩余電子束能量對空心扁管下側面的焊接部位實現了焊接，因而，同時完成了空心扁管上下兩側面的焊接。調整兩個空心扁管類零件的安裝位置使他們的空心扁管上側面與電子束發生器發出的電子束之間的夾角α為45°～90°，從而便于實現對空心扁管焊接部位的焊接。為了保證焊接質量，步驟3中，空心扁管焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入熱量應不小于15J/(mm)²；當兩個空心扁管類零件的材料不同時，空心扁管焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入熱量要求不同；當兩個空心扁管類零件材料為鈦合金時，空心扁管焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入熱量為15～80J/(mm)²；當兩個空心扁管類零件材料為高溫合金或不銹鋼時，空心扁管焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入熱量為35～100J/(mm)²。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，電子束焊機包括真空室、焊接工作臺和電子束發生器，焊接工作臺位于真空室內，電子束發生器位于真空室內，或者電子束發生器位于真空室外且與真空室內部相連通。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，焊接工作臺或電子束發生器的移動速度與電子束加速電壓以及電子束電流(即焊接電流)相關，三者滿足如下公式：E＝(U·I)/(V·T)，其中E為焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入能量(單位：J/(mm)²)，U為電子束加速電壓(單位：KV)，I為電子束電流(單位mA)，V為焊接工作臺或電子束發生器的移動速度(單位：mm/秒)，T為空心扁管焊接部位的厚度(單位：mm)，電子束發生器加速電壓為60KV～150KV，焊接工作臺或電子束發生器的移動速度為10mm/秒～20mm/秒，因此只要根據空心扁管的厚度，調節電子束電流，使空心扁管焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入熱量不小于15J/(mm)²即可。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，在焊接開始或結束時，為了避免在扁管上側面與下側面接頭處產生焊接缺陷，所述空心扁管焊接部位的長軸方向兩側分別固連有引弧板和收弧板，引弧板和收弧板可以通過定位焊的方式與空心扁管焊接在一起實現兩者固連。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，當空心扁管長軸兩側設置有引弧板和收弧板時，步驟3中電子束從引弧板引入，并沿空心扁管的長軸方向移動至收弧板，由于在焊接開始或結束時的焊接缺陷均產生在引弧板和收弧板上，從而避免了空心扁管焊接部位出現焊接缺陷的問題。

上述電子束焊接空心扁管類零件的方法，當兩個空心扁管類零件的焊接部位至少一側存在遮蔽的情況時，為了避免剩余電子束能量對零件遮蔽部位的影響，所述空心扁管下側面的下方(零件遮蔽部位的上方)設置有電子束剩余能量吸收板，穿過空心扁管的剩余能量被電子束剩余能量吸收板吸收。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法，將電子束從空心扁管長軸一側的焊接部位引入，在進行空心扁管一個側面焊接的同時，利用電子束剩余能量完成空心扁管另一側面的焊接，實現了同時完成空心扁管兩個面焊接的目的，因而焊接效率至少提高一倍。

2、本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法，通過設置電子束剩余能量吸收板，并采用將電子束從扁管一側導入的方式，不僅可實現對空心扁管兩側面的焊接，而且解決了具有遮蔽部零件難以焊接的難題，在本領域具有廣泛應用前景。

3、本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法，通過在空心扁管長軸兩側固連引弧板和收弧板，使焊接缺陷發生在引弧板和收弧板，從而避免在空心扁管上側面與下側面接頭處產生焊接缺陷。

附圖說明

圖1為空心扁管橫截面的一種示意圖。

圖2為實施本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法的第一種示意圖。

圖3為實施本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法的第二種示意圖。

圖4為實施本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法的第三種示意圖。

圖5為使用本發明所述方法焊接的機匣主體與管接頭的示意圖。

其中，1—電子束發生器，2—電子束，3—空心扁管，3-1—空心扁管上側面，3-2—空心扁管上側面，3-3—空心扁管長軸，4—引弧板，5—收弧板，6—電子束剩余能量吸收板，7—機匣主體，8—焊接部位，9—管接頭

具體實施方式

以下將通過實施例并結合附圖對本發明所述電子束焊接空心扁管類零件的方法作進一步說明，顯然，所給出實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發明所保護的范圍。

下述實施例中，所使用的電子束焊機包括一真空室，真空室內設置有焊接工作臺和電子束發生器；焊接工作臺用于安裝被焊接工件，其與電子束發生器均可以移動，從而使焊接工作臺與電子束發生器之間產生相對位移；電子束發生器位于焊接工作臺的上方。電子束焊機通過市場購買，型號為KS150-G150KM(德國SST公司生產)。

實施例1

本實施例中的空心扁管類零件，材料為TC4鈦合金，其空心扁管3如圖1所示，包括上側面3-1和下側面3-2，上側面與下側面相接的部位為圓弧面，上側面、下側面的對稱軸為空心扁管的長軸3-3，空心扁管的壁厚為1.8mm～2.2mm，焊接部位的兩側上下方均無遮蔽部分。

本實施例中，電子束發生器1的電子束加速電壓為60KV～150KV，焊接速度(電子束發生器的移動速度)為10mm/秒～20mm/秒，依據以下公式電子束電流隨焊接厚度變化：

E＝(U·I)/(V·T)

其中E為焊接部位單位時間、單位厚度上的輸入能量，U為電子束加速電壓，I為電子束電流，V為焊接工作臺或電子束發生器的移動速度，T為空心扁管焊接部位的厚度。

對上述空心扁管類零件，本實施例采用圖2或圖3所示的方式進行焊接，若采用圖3所示的方式進行焊接，需在空心扁管3焊接部位的長軸方向兩側分別固連引弧板4和收弧板5。

采用圖2所示方式進行焊接的步驟如下：

步驟1，將兩個空心扁管類零件安裝于電子束焊機真空室內的焊接工作臺上并使它們的空心扁管3焊接滿足對接裝配，調整兩個空心扁管類零件的安裝位置使它們的空心扁管3上側面與電子束發生器1發出的電子束2之間的夾角α為45°～90°(如圖1所示)；

步驟2，抽真空使得電子束焊機真空室內的壓強≤1.0×10^-3mbar；

步驟3，將電子束發生器1以10mm/秒～20mm/秒的速度勻速移動，使電子束2從空心扁管3長軸一側的焊接部位引入，并沿長軸方向移動至空心扁管3長軸另一側的焊接部位末端；在移動過程中，空心扁管3單位時間、單位厚度上的輸入熱量為15～80J/(mm)²，由電子束發生器1發出的電子束2首先將空心扁管3上側面焊接部位進行焊接，透過上側面焊接部位的剩余電子束能量將空心扁管3下側面焊接部位進行焊接，即完成對空心扁管3的焊接。

焊接完成后，釋放電子束焊機真空室內的真空，取出焊接后的空心扁管類零件。

采用圖3所示方式進行焊接與采用圖2所示方式進行焊接的不同之處在于：由于空心扁管3在長軸方向兩側分別通過定位焊固連有引弧板4和收弧板5，步驟3中電子束2從空心扁管3長軸一側的引弧板4引入，并使電子束3相對于空心扁管3沿長軸方向移動至空扁管3長軸另一側的收弧板5。

實施例2

本實施例中，對如圖5所示的機匣主體7和管接頭9進行焊接，管接頭9與機匣主體7的焊接部位均為空心扁管(見圖4)，所述空心扁管3橫截面的長度L＝60.5mm，寬度B＝30mm，壁厚為2.0mm，焊接部位8的一側下方被機匣主體7上的結構遮蔽(見圖5)；機匣主體7和管接頭9的材料均為GH4169高溫合金。

本實施例中，電子束發生器1的電子束加速電壓為150KV，電子束電流隨焊接深度變化(見下述步驟3)，焊接速度(電子束發生器的移動速度)為20mm/s。

本實施例中，配備了電子束能量吸收板6，在空心扁管3焊接部位的長軸方向兩側分別通過定位焊固連有引弧板4和收弧板5。

本實施例焊接過程包括以下步驟：

步驟1，將機匣A主體7和管接頭9分別安裝于電子束焊機真空室內的焊接工作臺上，并使它們的焊接部位滿足對接裝配，調整機匣主體7和管接頭9的安裝位置使他們的空心扁管3上側面與電子束發生器1發出的電子束2之間的夾角α為58°，在機匣主體7和管接頭9的焊接部位8正下方放置電子束能量吸收板6；

步驟2，抽真空使得電子束焊機真空室內的壓強≤1.0╳10^-3mbar；

步驟3，將電子束發生器1以20mm/s的速度移動，使電子束2從空心扁管3長軸一側的引弧板4引入，并沿長軸方向移動至空心扁管3長軸另一側的收弧板5；在移動過程中，焊接初始時電子束電流為30mA；當焊接位置從引弧板4過度至扁管3時，扁管3有效焊接厚度從0到C＝15mm，此時需要將電子束電流在0.1秒時間內從30mA增大至70mA；然后再在0.1秒內將電子束電流降低至30mA；在1.9秒保持電子束電流為30mA；然后在0.6秒時間內將電子束電流加大至80mA；在0.1秒時間內將電子束電流降低至30mA；最后0.5秒后將電流降低至0mA；焊接結束后，釋放電子束焊機真空室內的真空，取出焊接后的機匣主體7，并將空心扁管3長軸兩側的引弧板和收弧板利用砂輪切除。