[發明專利]一種大厚度鈦合金板非對稱熔深雙面電子束焊方法

在審

• 申請號: 201810678605.4
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108581167A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 莊明祥;趙安安;李小曼;劉永強
• 申請（專利權）人: 西安飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K15/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明提供了一種大厚度鈦合金板非對稱熔深電子束焊方法，包括將兩塊大厚度鈦合金板的正面坡口加工成深度為4?5mm，寬度為4?5mm的臺階，反面坡口加工成深度為2?3mm，寬度為2?3mm的臺階，先從正面坡口對鈦合金板以較大焊接功率進行第一道電子束焊，翻轉鈦合金板，從反面坡口對鈦合金板以較小焊接功率進行第二道電子束焊，焊接時電子束進行擺動，促進熔池中氣泡上浮逸出，完成大厚度鈦合金板的對接焊接。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，特別涉及到一種大厚度鈦合金板雙面電子束焊方法。

背景技術

大尺寸、不等厚、變截面的鈦合金框/梁類構件是航空、航天飛行器機身結構的重要部件，發揮著重要的作用。采用整塊坯料直接數控加工成型的方案來制備此類構件具有構件服役安全性、可靠性好的顯著優點。但是，此類構件往往輪廓尺寸較大(長達數米，厚度達數百毫米)，存在無法通過鍛壓直接獲得滿足要求的大厚度、大幅面鈦合金毛料的問題。

增材制造具有不受構件尺寸限制的優點，但目前還存在一些問題。梁朝陽等人利用激光增材制造技術成形了鈦合金構件，發現增材制造的鈦合金構件存在大量微觀結構缺陷，嚴重削弱鈦合金構件的韌性和疲勞壽命。此外，激光增材制造技術工藝穩定性較差，對于設備的依賴性較強，同樣的參數在不同的設備中會有不同的成形質量。

電子束焊接在真空條件下進行，具有能量密度高、穿透能力強、加熱區域寬度小、變形小等優點，并且真空環境對高溫下化學性質活潑的鈦合金具有很好的保護效果，因此電子束焊接方法非常適用于大厚度大幅面鍛件的拼焊。

針對大厚度板材的高能束拼焊，國內外學者已開展了大量研究。為了獲得可靠的最佳電子束焊接工藝參數,并評估電子束焊接熱效率對電子束焊接過程中的熔深、聚焦參數及熱效率之間的相互關系，G.Mladenov等人進行了試驗研究,通過試驗給出了不同焊速、功率及焦點位置情況下的可靠性焊接質量數據。研究結果表明：熔深是比熱效率更敏感的規范參數，增大電子束焊接熱源功率可使焊縫熔深增大，但又深又窄的焊縫易在焊縫根部出現氣孔等缺陷。國內趙琳等人采用研究了未熔透高能束焊接過程中工藝參數對熔深、氣孔的影響，討論了小孔深度與熔深的對應關系。結果表明，高能束焊接熔深與小孔深度基本一致。隨著焊接功率的減小，焊縫熔深減小，氣孔傾向降低。張有瑞等人發現在鈦合金材料的電子束焊接工藝中，存在的主要缺陷是焊縫中的氣孔，在局部甚至會產生密集的鏈狀氣孔。該缺陷嚴重影響了零件的正常交付使用，甚至造成產品報廢。通過控制焊前清理質量、優化焊接工藝規范和選擇合適的電子束束流擺動掃描方案可以有效地抑制焊接氣孔缺陷。宋慶軍等人發現電子束擺動掃描方法和重熔工藝可以有效地消除咬邊、收束坑、氣孔等焊接缺陷。

盡管電子束焊接以其穿透能力強，焊接熱輸入小和真空保護效果好等優點，已成為大厚度鈦合金焊接的首選方法，但100～200mm大厚板的單道全穿透電子束焊接依然存在眾多問題：(1)單道焊接熔深大，導致熔池和匙孔穩定性差、焊縫根部容易產生氣孔缺陷；(2)要實現大厚度板材單道全穿透焊，必定要使用較大的熱輸入，導致熔寬增大、上下表面熔寬差異增大，因此焊后存在較大的角變形和橫向收縮變形；(3)要實現大厚度板材單道全穿透焊，必定要使用很高的能量密度，焊接過程中飛濺嚴重，并容易形成咬邊和未焊滿等缺陷；(4)要實現大厚度板材單道全穿透焊，對設備功率要求苛刻，設備投資成本高。田錫唐在《焊接結構》一書中提到：在焊接大厚度板材時，相比于單面焊，采用雙面焊進行焊接時，單道焊的熱輸入降低，熔寬變窄，因此采用雙面焊接可以使角變形和橫向收縮變形顯著減小。

發明內容

本發明提供了一種大厚度鈦合金板非對稱熔深電子束焊方法，旨在解決采用單面電子束焊時，設備成本高、焊后變形大、焊縫缺陷多的技術難題，以實現高可靠性制造。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種大厚度鈦合金板非對稱熔深電子束焊方法，包括以下步驟：