本發(fā)明涉及金屬材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種薄壁筒體高能束精密焊接制造方法。
背景技術(shù)：
薄壁筒體是航空航天領(lǐng)域經(jīng)常用到的零部件，如燃料箱筒體內(nèi)腔裝填燃料，燃料的移動(dòng)則通過活塞沿筒體內(nèi)壁的單向推動(dòng)實(shí)現(xiàn)。為了確保燃料的利用率，要求活塞與筒體內(nèi)壁盡可能無間隙，以減少燃料殘留影響動(dòng)力，因此，不僅要求筒體有很高的圓度，而且要求其內(nèi)壁表面粗糙度極高。然而由于受加工工藝所限，無法實(shí)現(xiàn)筒體的整體機(jī)加工，通常采用焊接制造。而3mm以下薄壁筒體常規(guī)焊接方法,由于板材薄，導(dǎo)熱快，焊接變形極大，尺寸精度非常難以控制。同時(shí)焊接易產(chǎn)生焊漏、焊穿、塌陷、熔切以及氣孔等缺陷，工藝控制難度極大，焊后質(zhì)量無法保證。
以激光焊接和真空電子束焊接技術(shù)為代表的高能束焊接方法以其功率密度高、焊接熱輸入量小、零件變形小、焊后殘余應(yīng)力小、焊縫深寬比大、焊縫質(zhì)量好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶及原子能等工業(yè)領(lǐng)域中。但是對(duì)于尺寸精密的薄壁筒體高能束焊接沒有成熟的工藝方法和技巧很難實(shí)現(xiàn)薄壁筒體的精密焊接制造。若采用通常的電子束或激光穿透焊接，焊縫背面缺陷修補(bǔ)及內(nèi)腔中金屬飛濺清理將是一大難題。同時(shí)焊后幾何尺寸也難以控制，焊后縮短量、筒體的同軸度都會(huì)發(fā)生變化，精度控制難度很高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種薄壁筒體高能束精密焊接制造方法，減小焊后變形，消除焊接缺陷，提高筒體焊后尺寸精度，保證焊接質(zhì)量。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種薄壁筒體高能束精密焊接制造方法，包括以下步驟：
步驟一：對(duì)卷制的薄壁筒體待焊位置兩側(cè)20mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨，至顯露金屬光澤后，用丙酮或酒精對(duì)待焊部位進(jìn)行擦拭；
步驟二：將筒體固定在工裝上，筒體與工裝圓弧面通過壓緊裝置緊密貼合，保證圓度，同時(shí)待焊位置所對(duì)應(yīng)的工裝上開有凹槽，避免焊透造成工件與工裝的黏連；同時(shí)保證裝配間隙小于0.2mm，錯(cuò)邊量小于0.2mm，實(shí)現(xiàn)筒體的精密裝配；
步驟三：待焊位置均勻點(diǎn)焊固定之后，將待焊筒體隨工裝一起放入待焊區(qū)域，對(duì)于電子束焊接需要放入真空室，抽真空；
步驟四：對(duì)于電子束焊接，當(dāng)真空度達(dá)到5×10-4mbar以下時(shí)，開始焊接，采用表面焦點(diǎn)或上焦點(diǎn)，圓形掃描或者橢圓掃描，掃描頻率0-50hz，掃描幅值0-2mm，焊接電壓60-150kv，束流2-40ma，焊接速度200-1500mm/min，焊槍距離工件焊接距離200-1500mm；對(duì)于激光，焊接功率400-1800w，焊接速度400-1500mm/min，脈沖頻率0-500hz，離焦量0-+4mm；
步驟五：焊后采用熱處理爐進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，采用熱膨脹系數(shù)大的材料作為內(nèi)撐芯棒工裝裝入筒體，芯棒機(jī)加工精度要求高于筒體尺寸精度，經(jīng)過熱處理，高精度的芯棒熱膨脹將筒體撐圓，保證了筒體的精度，同時(shí)冷卻后由于內(nèi)撐芯棒和筒體收縮量的不同，內(nèi)撐芯棒和筒體自然分離。
所述步驟五中的熱膨脹系數(shù)大的材料為不銹鋼。
所述步驟五中芯棒直徑在去應(yīng)力退火溫度下的尺寸與該溫度下筒體直徑一致。
所述步驟五中鈦合金去應(yīng)力退火應(yīng)在真空環(huán)境下，真空度不低于1×10-3pa。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供的薄壁筒體高能束精密焊接制造方法，采用電子束或激光等高能束焊接方法代替生產(chǎn)效率低、焊接變形大、焊接質(zhì)量難保證、焊接材料消耗大的手工焊具有極大的優(yōu)越性；可以實(shí)現(xiàn)薄壁筒體高效精密可靠焊接；顯著改善焊接質(zhì)量，減少返修率；大幅提高焊接效率，縮短制造周期；保證筒體軸向和徑向尺寸公差滿足要求；焊后熱處理去應(yīng)力校形有效消除了焊后應(yīng)力，保證了筒體精度。
附圖說明
圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)裝配示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
如圖所示：為本發(fā)明結(jié)構(gòu)裝配示意圖，通過背部和正面圓弧狀工裝，實(shí)現(xiàn)待焊件的精密裝配固定，保證筒體圓度滿足尺寸精度要求，同時(shí)待焊位置背部工裝設(shè)計(jì)有凹槽，避免焊接后工裝與工件焊透粘連，同時(shí)正面留出足夠的尺寸，保證激光和電子束能夠穩(wěn)定的通過，不會(huì)影響焊接過程的進(jìn)行。
實(shí)施例1
內(nèi)徑500mm，壁厚1.5mm，長度2000mm鈦合金筒體電子束焊接制造方法如下：
步驟一、對(duì)卷制的薄壁板材待焊位置兩側(cè)20mm范圍進(jìn)行打磨，至顯露金屬光澤后，用丙酮對(duì)待焊部位進(jìn)行擦拭；
步驟二、將筒體固定在工裝上，筒體與工裝圓弧面通過壓緊裝置緊密貼合，保證圓度；裝配時(shí)保證間隙小于0.1mm，錯(cuò)邊量小于0.1mm，實(shí)現(xiàn)筒體的精密裝配；
步驟三、采用電子束均勻斷續(xù)點(diǎn)焊固定之后，將待焊筒體隨工裝一起放入真空室，抽真空；
步驟四、電子束焊接，當(dāng)真空度達(dá)到5×10-4mbar時(shí)，開始焊接，采用表面焦點(diǎn)或上焦點(diǎn)，圓形掃描，掃描頻率10hz，掃描幅值1mm，焊接電壓60kv，束流6ma，焊接速度600mm/min，焊槍距離工件焊接距離500mm；
步驟五、焊后采用熱處理爐進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，采用熱膨脹系數(shù)較大的不銹鋼作為內(nèi)撐芯棒工裝裝入筒體，芯棒機(jī)加工精度要求高于筒體尺寸精度，經(jīng)過熱處理，高精度的芯棒熱膨脹將筒體撐圓，保證了筒體較高的精度，同時(shí)冷卻后由于兩者收縮量的不同，內(nèi)撐芯棒和筒體自然分離，便于取出，從而保證了焊后筒體的尺寸精度，避免焊接變形。
實(shí)施例2
內(nèi)徑300mm，壁厚0.5mm，長度1500mm鈦合金激光焊接制造方法如下：
步驟一、對(duì)卷制的薄壁板材待焊位置兩側(cè)20mm范圍進(jìn)行打磨，至顯露金屬光澤后，用丙酮對(duì)待焊部位進(jìn)行擦拭；
步驟二、將筒體固定在工裝上，筒體與工裝圓弧面通過壓緊裝置緊密貼合，保證圓度；裝配時(shí)保證間隙小于0.2mm，錯(cuò)邊量小于0.2mm，實(shí)現(xiàn)筒體的精密裝配；
步驟三、采用激光均勻斷續(xù)點(diǎn)焊固定之后，將待焊筒體隨工裝一起放入待焊區(qū)域；
步驟四、采用激光焊接，待焊區(qū)域背面填充惰性氣體氬氣保護(hù)，氣流量30l/min，焊縫正面也采用惰性氣體氬氣保護(hù)，氣流量10l/min，焊接功率1000w，焊接速度1000mm/min，脈沖頻率200hz，離焦量+1mm；
步驟五、焊后采用熱處理爐進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，采用熱膨脹系數(shù)較大的不銹鋼作為內(nèi)撐芯棒工裝裝入筒體，芯棒機(jī)加工精度要求高于筒體尺寸精度，經(jīng)過熱處理，高精度的芯棒熱膨脹將筒體撐圓，保證了筒體較高的精度，同時(shí)冷卻后由于兩者收縮量的不同，內(nèi)撐芯棒和筒體自然分離，便于取出，從而保證了焊后筒體的尺寸精度，避免焊接變形。