[發明專利]一種薄壁筒體高能束精密焊接制造方法

在審

• 申請號: 201710338687.3
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107160025A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 高福洋;高奇;張毅;劉甲;劉志穎;蔣鵬
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K26/26;B23K26/60;B23K103/14
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 魏新培

技術領域

本發明涉及金屬材料焊接技術領域，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

薄壁筒體是航空航天領域經常用到的零部件，如燃料箱筒體內腔裝填燃料，燃料的移動則通過活塞沿筒體內壁的單向推動實現。為了確保燃料的利用率，要求活塞與筒體內壁盡可能無間隙，以減少燃料殘留影響動力，因此，不僅要求筒體有很高的圓度，而且要求其內壁表面粗糙度極高。然而由于受加工工藝所限，無法實現筒體的整體機加工，通常采用焊接制造。而3mm以下薄壁筒體常規焊接方法,由于板材薄，導熱快，焊接變形極大，尺寸精度非常難以控制。同時焊接易產生焊漏、焊穿、塌陷、熔切以及氣孔等缺陷，工藝控制難度極大，焊后質量無法保證。

以激光焊接和真空電子束焊接技術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、焊后殘余應力小、焊縫深寬比大、焊縫質量好等特點，廣泛應用于航空、航天、船舶及原子能等工業領域中。但是對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現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，焊縫背面缺陷修補及內腔中金屬飛濺清理將是一大難題。同時焊后幾何尺寸也難以控制，焊后縮短量、筒體的同軸度都會發生變化，精度控制難度很高。

發明內容

本發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，保證焊接質量。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

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：對卷制的薄壁筒體待焊位置兩側20mm范圍內進行打磨，至顯露金屬光澤后，用丙酮或酒精對待焊部位進行擦拭；

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，同時待焊位置所對應的工裝上開有凹槽，避免焊透造成工件與工裝的黏連；同時保證裝配間隙小于0.2mm，錯邊量小于0.2mm，實現筒體的精密裝配；

步驟三：待焊位置均勻點焊固定之后，將待焊筒體隨工裝一起放入待焊區域，對于電子束焊接需要放入真空室，抽真空；

步驟四：對于電子束焊接，當真空度達到5×10^-4mbar以下時，開始焊接，采用表面焦點或上焦點，圓形掃描或者橢圓掃描，掃描頻率0-50Hz，掃描幅值0-2 mm，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行去應力退火處理，采用熱膨脹系數大的材料作為內撐芯棒工裝裝入筒體，芯棒機加工精度要求高于筒體尺寸精度，經過熱處理，高精度的芯棒熱膨脹將筒體撐圓，保證了筒體的精度，同時冷卻后由于內撐芯棒和筒體收縮量的不同，內撐芯棒和筒體自然分離。

所述步驟五中的熱膨脹系數大的材料為不銹鋼。

所述步驟五中芯棒直徑在去應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力退火應在真空環境下，真空度不低于1×10^-3Pa。

本發明的有益效果：

本發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效率低、焊接變形大、焊接質量難保證、焊接材料消耗大的手工焊具有極大的優越性；可以實現薄壁筒體高效精密可靠焊接；顯著改善焊接質量，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；焊后熱處理去應力校形有效消除了焊后應力，保證了筒體精度。

附圖說明

圖1 本發明結構裝配示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明做進一步的闡述。

如圖所示：為本發明結構裝配示意圖，通過背部和正面圓弧狀工裝，實現待焊件的精密裝配固定，保證筒體圓度滿足尺寸精度要求，同時待焊位置背部工裝設計有凹槽，避免焊接后工裝與工件焊透粘連，同時正面留出足夠的尺寸，保證激光和電子束能夠穩定的通過，不會影響焊接過程的進行。

實施例1

內徑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、對卷制的薄壁板材待焊位置兩側20mm范圍進行打磨，至顯露金屬光澤后，用丙酮對待焊部位進行擦拭；