鈦合金窄間距焊縫的真空電子束焊接方法與流程

2023-05-31 13:50:26

本發明涉及一種金屬焊接方法，尤其涉及鈦合金的焊接方法。

背景技術：

由於鈦合金具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛應用於製造各種精密複雜零件。但是由於鈦合金導熱性差，容易吸收氫、氧、氮，導致鈦合金焊接性能較差，特別是具有多道窄間距焊縫的精密複雜鈦合金零件，焊接時容易出現焊接應力裂紋、焊接變形以及焊塌等缺陷問題。

真空電子束焊接是指在真空環境下，利用會聚的高速電子流轟擊焊縫處所產生的熱能使被焊金屬熔合的一種焊接方法。真空電子束焊接具有穿透能力強、焊接速度快、熱影響區小、焊接應力小、焊縫深寬比大、焊接質量好等特點。同時，真空電子束焊接具有很高的能量密度，對於鈦合金精密構件的焊接，具有傳統焊接方法難以比擬的優勢。

目前將真空電子束焊接應用到鈦合金上的公開文獻也較多，但以鈦合金與其他金屬之間的焊接為主，而鈦合金彼此之間的焊接則較少，如申請號為201010278163.8的中國發明專利申請《一種鈦合金與錫青銅電子束焊接方法》(公開號為CN101913023A)；申請號為200810018126.6的中國發明專利申請《一種鈮合金與鈦合金厚板的電子束焊接方法》(公開號為CN101274388A)；申請號為201510657152.3的中國發明專利申請《一種鈦合金材料與CVDNb的電子束焊接方法》(公開號為CN105290575A)等。

另外，鈦合金窄間距(焊縫間距不超過8mm)的焊接方面的資料較少，而實際中則存在焊接應力裂紋、焊塌等缺陷，容易引起焊接變形，使焊縫外觀較差。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種消除焊接應力裂紋、焊塌缺陷的鈦合金窄間距焊縫的真空電子束焊接方法。

本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為：一種鈦合金窄間距焊縫的真空電子束焊接方法，其特徵在於包括如下步驟：

①將焊接接頭採用雙嵌接自行襯墊對接接頭，對接深度小於焊縫熔深要求，在焊縫兩側加工去應力槽，去應力槽肩寬度要小於焊縫表面熔寬；

②清洗焊接件，去除焊接面的油膜、水膜及有機雜質，焊接件一經清理應儘快施焊；清洗乾淨後對各個焊接部分進行裝配、焊接，焊接時，在未焊接焊縫一側添加一紫銅散熱環；焊完一條或兩條焊縫後及時對焊件進行焊後退火處理，然後再對其它焊縫進行焊接，重複此前工藝步驟，直至全部焊接完畢；採用真空電子束焊接，焊接條件如下：

加速電壓為58～60kV；焊接熔深為1.0～1.5mm，選用表面聚焦或欠焦；焊接速度為1000mm/min；焊接束流為2.5～3.5mA；焊接真空度高於5×10-4mbar。

作為優選，步驟①中所述的去應力槽深度為焊縫熔深的1/5～1/4。

進一步，步驟②所述的清洗焊接件採用乾淨的白紗布蘸取丙酮對進行清洗。

作為優選，步驟②所述裝配的間隙小於0.05mm。

作為優選，所述的焊縫間距為3mm～8mm。

作為優選，焊接時採用60kV中壓數控電子束焊機。

與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明適合於具有2道～5道間距為3mm-8mm的焊縫的鈦合金精密複雜零件的電子束焊接，消除了具有多道窄間距焊縫的鈦合金精密複雜零件的電子束焊縫之間的相互應力作用，解決了電子束焊接應力裂紋缺陷的問題，避免了焊接應力裂紋、焊塌和焊接變形問題，提高了焊接精度，得到了電子束焊縫外觀質量、內部質量(CT探傷)均符合《GJB1718-93電子束焊接規範》所規定的Ⅰ級焊縫要求的焊縫。得到的具有多道窄間距焊縫的鈦合金零件焊縫具有外觀成形好，焊接質量一致性好，工藝再現性好，焊接成品率高等優點。

附圖說明

圖1為實施例中鈦合金多道窄間距焊縫電子束焊接接頭示意圖。

圖2為實施例中鈦合金多道窄間距焊縫電子束焊接後的焊縫效果示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。

先後進行了三批共20件樣件的焊接，每件零件上有2道焊縫，焊縫熔深1.2～1.5mm，焊縫間距為3.0～8.0mm，採用60kV中壓數控電子束焊機，焊接接頭剖視圖如圖1所示，焊接件1和焊接件9分別與焊接件10焊接，焊接件1上具有去應力槽2和去應力槽肩3，焊接件9上具有去應力槽5及去應力槽肩3和去應力槽肩6，焊接件10上具有去應力槽8和去應力槽肩6，焊接件1與焊接件9之間形成焊縫4，焊接件9與焊接件10之間形成焊縫7。

步驟如下：①將焊接接頭採用雙嵌接自行襯墊對接接頭，對接深度小於焊縫熔深要求，在焊縫兩側加工去應力槽，去應力槽肩寬度要小於焊縫表面熔寬；

②清洗焊接件，去除焊接面的油膜、水膜及有機雜質，焊接件一經清理應儘快施焊；清洗乾淨後對各個焊接部分進行裝配、焊接，焊接時，在未焊接焊縫一側添加一紫銅散熱環；焊完一條或兩條焊縫後及時對焊件進行焊後退火處理，然後再對其它焊縫進行焊接，重複此前工藝步驟，直至全部焊接完畢；採用真空電子束焊接，焊接條件如下：

加速電壓為58～60kV；焊接熔深為1.0～1.5mm，選用表面聚焦或欠焦；焊接速度為1000mm/min；焊接束流為2.5～3.5mA；焊接真空度高於5×10-4mbar。

去應力槽深度為焊縫熔深的1/5～1/4。清洗焊接件採用乾淨的白紗布蘸取丙酮對進行清洗。裝配的間隙小於0.05mm。

其主要焊接工藝參數如下：

加速電壓為60kV，焊接真空度為4×10-4mbar，焊接束流為3.5mA，表面聚焦，聚焦電流為3.0A，焊接速度為1000mm/min。

焊接後效果如圖2所示，焊接後形成的焊縫11和焊縫12。採用本實施例的電子束焊接解決了焊接應力裂紋、焊塌和焊接變形問題，提高了焊接精度，得到了電子束焊縫外觀質量、內部質量(CT探傷)均符合《GJB1718-93電子束焊接規範》所規定的Ⅰ級焊縫要求的焊縫。得到的具有多道窄間距焊縫的鈦合金零件焊縫具有外觀成形好，焊接質量一致性好，工藝再現性好，焊接成品率高等優點。