[發(fā)明專利]一種用真空電子束預熱后焊接超高強度鋼的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011289641.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112518096A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳素明;張穎云;高婷婷;劉永強;韓云
• 申請（專利權）人: 西安飛機工業(yè)（集團）有限責任公司
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K103/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明公開了一種用真空電子束預熱后焊接超高強度鋼的裝置和方法，通過用散焦電子束預掃描焊件，使焊件熱量通過導熱墊板傳遞到焊接夾具；再使用熱電偶測量焊接夾具的溫度，當顯示值達到焊件要求焊接的最低溫度值時，可以開始焊接。該發(fā)明確保了在焊接過程中超高強度鋼待焊接區(qū)域的溫度處于要求范圍內，避免出現(xiàn)裂紋、未焊透等焊接缺陷，簡化了預熱流程，省去了預熱設備，提高了工作效率。

技術領域

本發(fā)明涉及航空零件焊接技術領域，特別是一種用真空電子束預熱后焊接超高強度鋼的裝置和方法。

背景技術

超高強度鋼30CrMnSiNi₂A具有強度高、硬度高、承受靜載高、彎曲和沖擊載荷高的綜合優(yōu)越特性，主要用于制造飛機襟翼滑軌、起落架、發(fā)動機架和主力框梁等承受高載荷的結構件。為了保證生產效率、安全起落和正常飛行，使用包括真空電子束焊接技術在內的熔焊技術，連接各個組件。

雖然超高強度鋼30CrMnSiNi₂A材料具有極高承載力和其他諸多優(yōu)點，但是碳當量超過0.7，焊接性非常差，焊縫非常容易出現(xiàn)冷、熱裂紋和未焊透等缺陷，引起嚴重的事故。為了改善超高強度鋼的焊接性，防止焊縫開裂，必須在焊前預熱，并且溫度超過250℃。在HB/Z5132－2014《超高強度鋼熔焊工藝及質量控制》的“7.3焊前預熱”節(jié)中，針對預熱溫度明確規(guī)定，“為了防止產生裂紋，30CrMnSiNi₂A鋼零件焊前必須進行預熱。在整條焊縫和靠近焊縫兩側寬度不小于100mm的區(qū)域內預熱溫度均勻。未經最終熱處理的30CrMnSiNi₂A鋼零件，預熱溫度為250℃～400℃。在整個焊接過程中，應保持焊縫及其附近區(qū)域的溫度不低于250℃。”由于焊接過程自身可以產生熱量，可以確保零件溫度滿足要求，僅需要解決零件預熱溫度高于250℃的問題。

使用傳統(tǒng)的弧焊技術，尚且可以使用電爐預熱、巖棉包裹和人工快速轉運的方法，保證零件預熱溫度在250℃～400℃之間，由于采用多層焊，導致焊縫強度僅有母材的55％左右，接頭韌性不高，人工生產效率低。為了提高主承力結構件接頭的強度，大量采用真空電子束焊接技術制造主承力結構件，一次焊接完成，接頭強度達到90％以上，其他性能也相應提高，生產周期僅有弧焊的30％。然而使用真空電子束焊接時，還需要焊前裝夾、抽真空等過程，由于中間時間加長，即使采用高溫預熱，也無法保證零件預熱溫度高于250℃。預熱溫度過高，不可能完成零件的搬運和裝夾；預熱溫度過低，中間環(huán)節(jié)過多，無法保證零件溫度達到最低值。

因此，如何保證真空電子束焊接前零件預熱溫度始終在250℃～400℃之間，成為高效制造高強度主承力結構件的主要問題。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N用真空電子束焊接超高強度鋼的裝置和方法，通過用散焦電子束預掃描焊件，再使用熱電偶測量焊接夾具的溫度，保證零件始終處于要求的溫度范圍。

一種用真空電子束焊接超高強度鋼的裝置，包括焊接夾具、導熱墊板、熱電偶、熱電偶支架，焊接夾具上設有與導熱墊板配合的凹槽，導熱墊板鑲嵌在焊接夾具上表面凹槽內，多個熱電偶支架固定在焊接夾具兩側，熱電偶安裝在熱電偶支架上。使用不銹鋼材料制造焊接夾具，焊件夾具上部中間加工臺階型凹槽，凹槽沿縱向軸中線對稱。導熱墊板為超高強度鋼30CrMnSiNi₂A材料，長度不小于焊件長度。

用該裝置進行焊接的方法，包括如下步驟：

步驟1用散焦電子束預掃描焊件，束流強度200mA，焊接速度500mm/min，聚焦電流2.05A。使焊件熱量通過導熱墊板傳遞到焊接夾具；

步驟2使用熱電偶測量焊接夾具的溫度，顯示的溫度即為焊件溫度；當熱電偶顯示值達到焊件要求焊接的最低溫度值時，可以開始焊接，確保所有熱電偶均達到最低溫度值；

步驟3焊接。