一種大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法，屬于材料的連接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)逐漸大型化，而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式多樣，往往有著異形面的設(shè)計(jì)，這對(duì)材料的加工制造提出了更高的要求。對(duì)于大型構(gòu)件的加工，受限于加工能力的限制，要整體進(jìn)行成形有時(shí)存在一定的困難，對(duì)結(jié)構(gòu)的各部分進(jìn)行分別成形，然后采用焊接的方式進(jìn)行連接，是目前普遍采用的方式。
[0003]但是對(duì)于大厚度結(jié)構(gòu)的焊接，若采用傳統(tǒng)的氬弧焊，通產(chǎn)需要對(duì)接頭進(jìn)行開(kāi)坡口處理，進(jìn)行多層多道焊，焊接熱輸入量大，變形難以控制，而且開(kāi)坡口及多層多道焊需要大量工時(shí)，焊接效率低。激光焊是一種高能束焊接方法，在厚度較大的結(jié)構(gòu)中有優(yōu)勢(shì)，但是激光焊接過(guò)程中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)施加有效地保護(hù)，以防止氧化，而對(duì)于厚度較大的結(jié)構(gòu)，由于采用的激光功率大，對(duì)結(jié)構(gòu)的保護(hù)相對(duì)復(fù)雜，從而降低焊縫的質(zhì)量，尤其是對(duì)于鋁合金材料，激光的熔深有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大厚度的焊接。真空電子束焊接，焊接過(guò)程整體處于真空狀態(tài)下，對(duì)焊接過(guò)程有著最大限度的保護(hù)，而且電子束能量集中，對(duì)鋁合金、鈦合金、不銹鋼等常用結(jié)構(gòu)材料都有著很好的穿透力。因此，選用真空電子束焊接實(shí)現(xiàn)大厚度結(jié)構(gòu)的焊接具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0004]但如果僅僅采用電子束實(shí)現(xiàn)大厚度結(jié)構(gòu)件的焊接，容易存在焊接變形，且無(wú)法針對(duì)復(fù)雜的變厚度截面構(gòu)件進(jìn)行可靠有效的焊接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法，該方法可有效地解決大型結(jié)構(gòu)件的連接問(wèn)題，提高焊接質(zhì)量，并對(duì)結(jié)構(gòu)整體變形的控制有著良好的效果。
[0006]本發(fā)明的上述目的主要是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法，所述待焊接工件為變厚度的板狀結(jié)構(gòu)，具體步驟如下:
[0008](I)、采用防變形工裝對(duì)兩個(gè)待焊接工件進(jìn)行裝夾，所述防變形工裝包括第一固定板、第二固定板、四個(gè)拉桿、第一壓塊、第二壓塊、第三壓塊和第四壓塊，其中第一壓塊與第二壓塊為組合結(jié)構(gòu)，組合之后的型面與待焊接工件厚度較大的一端的外表面貼合，第三壓塊和第四壓塊為組合結(jié)構(gòu)，組合之后的型面與待焊接工件厚度較小的一端的外表面貼合，具體裝夾方法如下:
[0009](1-1)、將四個(gè)拉桿的一端固定安裝在第一固定板上，并使四個(gè)拉桿垂于第一固定板，將第一壓塊與第二壓塊放置在第一固定板上，并使兩個(gè)待焊接工件焊接面貼合后，將厚度較大的一端通過(guò)第一壓塊與第二壓塊進(jìn)行固定，保證厚度較大的一端的外表面與第一壓塊與第二壓塊組合之后的型面相貼合；
[0010](1-2)、將兩個(gè)待焊接工件厚度較小的一端通過(guò)第三壓塊和第四壓塊進(jìn)行固定，保證厚度較小的一端的外表面與第三壓塊和第四壓塊組合之后的型面相貼合；
[0011](1-3)、安裝第二固定板，將第二固定板放置在第三壓塊和第四壓塊上方，并將四個(gè)拉桿的另一端固定安裝在第二固定板上，從而將四個(gè)壓塊和待焊接工件壓緊；
[0012](2)、將裝夾待焊接工件的防變形工裝工件放置于真空電子束焊機(jī)的操作臺(tái)上，并進(jìn)行固定；
[0013](3)、采用電子束小束流對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)定位，定位方式為焊縫雙面定位，定位焊采用的電子束工藝參數(shù)為加速電壓50?60kV，聚焦電流1500?1600mA，焊接束流10?50mA，焊接速度為500?1 500mm/mi η ；
[0014](4)、采用電子束焊接工藝對(duì)定位后的工件進(jìn)行焊接，焊接方式為雙面焊接，第一面焊接工藝參數(shù)為:加速電壓50?60kV，聚焦電流1500?1600mA，焊接束流10?120mA，焊接速度500?1500mm/min，第二面焊接工藝參數(shù)中加速電壓、聚焦電流、焊接速度與第一面焊接相同，焊接束流比第一面焊接增加10%?20%。
[0015]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，第一壓塊與第二壓塊上均開(kāi)設(shè)臺(tái)階面，組合之后形成非連續(xù)的兩段貫通槽，兩個(gè)待焊接工件厚度較大的一端分別位于其中一段貫通槽內(nèi)，焊縫則從兩段貫通槽之間的區(qū)域露出。
[0016]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，兩段貫通槽的深度均為待焊接工件焊縫深度的10%?50%。
[0017]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，第三壓塊和第四壓塊上均開(kāi)設(shè)臺(tái)階面，組合之后形成非連續(xù)的兩段貫通槽，兩個(gè)待焊接工件厚度較小的一端分別位于其中一段貫通槽內(nèi)，焊縫則從兩段貫通槽之間的區(qū)域露出。
[0018]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，兩段貫通槽的深度均為待焊接工件焊縫深度的10%?50%。
[0019]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，待焊接工件的截面為梯形，材料為鋁合金、鈦合金或鋼。
[0020]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，待焊接工件的焊縫厚度為1mm?150mm，焊縫為等厚度焊縫或變厚度焊縫。
[0021]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，防變形工裝的材料為6061
銷合金。
[0022]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，四個(gè)壓塊與待焊接工件表面貼合的型面要求為:貼合后間隙不超過(guò)0.2_，貼合的長(zhǎng)度超過(guò)50_，以起到限制變形的作用。
[0023]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，步驟(3)中，定位焊采用分段定位方式，以減少定位焊的熱影響，每段定位長(zhǎng)度為10?50mm。
[0024]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，步驟(4)完成工件焊接后，測(cè)量工件結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變形，若結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，采用電子束小束流對(duì)工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行校形。
[0025]在上述大型變厚度構(gòu)件電子束焊接變形控制方法中，采用電子束小束流對(duì)工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行校形的方法為:首先確定工件結(jié)構(gòu)變形的方向，在焊縫相應(yīng)的位置采用電子束小束流進(jìn)行重熔校形，校形采用的電子束焊接工藝參數(shù)為:加速電壓40?60kV，聚焦電流1550?1680mA，焊接束流10?50mA，焊接速度為500?1500mm/min。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0027](I)、本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的防變形工裝對(duì)變厚度的待焊接工件進(jìn)行裝夾定位，并對(duì)工裝結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則結(jié)構(gòu)工件的高精度準(zhǔn)確定位，為后續(xù)焊接工藝提供了可靠的保證；
[0028](2)、本發(fā)明焊前采用雙面預(yù)定位工藝對(duì)焊縫進(jìn)行定位，通過(guò)對(duì)定位焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，定位采用的工藝參數(shù)熱量累積小，定位完成后結(jié)構(gòu)無(wú)變形，同時(shí)定位焊完成后結(jié)構(gòu)拘束度增大，可以有效地減小焊接變形；
[0029](3)、本發(fā)明通過(guò)將焊接方法設(shè)計(jì)為雙面焊接來(lái)控制結(jié)構(gòu)變形，雙面焊接可以通過(guò)兩次變形方向的差異，抵消相反方向的變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)變形的整體控制，同時(shí)本發(fā)明對(duì)正面和反面的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使得焊接效果達(dá)到最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了有效達(dá)到變形抵消的效果，保證了焊接質(zhì)量；
[0030](4)、本發(fā)明針對(duì)變厚度工件焊縫厚度從一端到另一端變化較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在同一條焊縫中實(shí)現(xiàn)不同厚度區(qū)域的焊接，保證了焊接質(zhì)量的一致性；
[0031](5)本發(fā)明