[發明專利]一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法及系統

有效

• 申請號: 201310674540.3
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103706938A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 王西昌;許恒棟;毛智勇;付鵬飛;唐振云;李晉煒
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明關于電子束加工技術領域，特別是關于電子束的焊接技術，具體的講是一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法及系統。

背景技術

傳統的電子束焊接技術因其能量密度高、熱影響區小、焊接質量高等優先，在工程領域中應用十分廣泛。但是，有些零件或結構由于對焊接殘余應力和變形的控制要求比較高，而且有些材料、零件結構無法進行焊后整體熱處理，對經濟效益產生重大的影響。為此，現有技術中亟需在電子束焊接過程中盡量控制或降低殘余應力和變形。

傳統的電子束焊接技術存在如下不足：

（1）.電子束焊接存在殘余應力或變形，無法滿足某些零件的高精度尺寸要求。

（2）.某些零件由于材料或結構的限制，無法進行后續熱處理。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法及系統，基于熱拉伸效應的基本原理，在電子束焊接過程中，通過在焊縫兩側利用電子束掃描實現的特定形貌的輔助熱源進行加熱，使受熱區膨脹，從而在焊縫及近縫區削弱或消除焊縫及近縫區上壓縮塑性應變，并有效降低拉伸殘余應力。

本發明的目的之一是，提供一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法，包括：獲取預焊接的試板的板材厚度、材料種類以及焊接過程中的變形控制要求；根據所述的板材厚度、材料種類以及變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數，所述的工藝參數包括輔助熱源與焊接熱源的橫向距離、縱向距離、輔助熱源與焊接熱源的能量分配比例、焊接熱源的束流、輔助熱源的束流、焊接速度、掃描頻率以及焊接時間；根據所述的輔助熱源與焊接熱源的橫向距離、縱向距離編輯掃描圖形；電子束焊機根據所述的掃描圖形以及所述的工藝參數完成所述試板的焊接過程。

本發明的目的之一是，提供了一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的系統，包括：電子束焊機以及掃描圖形編輯器，所述的掃描圖形編輯器，用于獲取預焊接的試板的板材厚度、材料種類以及焊接過程中的變形控制要求，根據所述的板材厚度、材料種類以及變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數，所述的工藝參數包括輔助熱源與焊接熱源的橫向距離、縱向距離、輔助熱源與焊接熱源的能量分配比例、焊接熱源的束流、輔助熱源的束流、焊接速度、掃描頻率以及焊接時間，根據所述的輔助熱源與焊接熱源的橫向距離、縱向距離編輯掃描圖形；所述的電子束焊機，用于根據所述的掃描圖形以及所述的工藝參數完成所述試板的焊接過程。

本發明的有益效果在于，提供了一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法及系統，與現有技術相比，借助于多束流技術，通過編輯掃描圖形并結合磁場的偏轉控制多束流電子束對工件的掃描，實現多熱源控制，從而調節焊接過程中的溫度場，達到利用熱拉伸效應動態控制焊接過程中的應力應變分布、最終控制焊后變形和殘余應力的目的，采用后置式熱源，掃描圖形種類、熱源分布位置、束流能量分布均可靈活控制，焊后變形和殘余應力控制有效，具有廣闊的應用前景。

為讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法的流程圖；

圖2為圖1中的步驟S104的具體流程圖；

圖3為本發明實施例提供的一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的系統的示意圖；

圖4為本發明提供的一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的系統中電子束焊機的結構框圖；

圖5為本發明提供的一種利用多熱源控制殘余應力的電子束焊接的方法中熱拉伸效應的示意圖；

圖6為編輯的掃描圖形中焊接熱源和輔助熱源的位置示意圖；

圖7為輔助熱源的掃描元素種類為M×N點陣的示意圖；

圖8為輔助熱源的掃描元素種類為同心圓的示意圖；

圖9為輔助熱源的掃描元素種類為同心橢圓的示意圖；

圖10為輔助熱源的掃描元素種類為同心矩形陣的示意圖；

圖11為輔助熱源的掃描元素種類為阿基米德螺旋線的示意圖；

圖12為具體實施例中焊接后的試板的示意圖。

具體實施方式