紧凑细密5a06铝合金装配组件的焊接工艺方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型紧凑细小致密结构组件的真空电子束焊接工艺方法，此组件包括两个密闭排列结构的5A06铝合金组合件板材，组件内部中空结构，有凸凹不平的装配组件，两块板材装配组合后厚度共10mm，长度800mm，在配合的两块板材之间留有5mm的空间供冷却循环水流通使用，焊缝为两块板对接后的连接处，表面焊缝分布细小致密，焊缝宽度在1mm左右(图1所示)，焊接面积大，焊缝长，因组件用处特殊，对焊接后的质量要求较高，既要保证焊接质量又要保证焊接后焊缝的气密强度要求。本发明不需要增加任何特殊装置，保证焊接后不变形、不开裂，无表面凹陷问题，焊接质量达到航天标准QJ2698-1995I级要求，气密性条件达到1.5MPa，保压30min要求。
【专利说明】紧凑细密5A06铝合金装配组件的焊接工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于焊接领域，涉及一种针对5A06铝合金材料紧凑细密组合件的一种焊接工艺方法。
【背景技术】
[0002]在现代航天航空领域，有许多精密复杂的设备装置中需要焊接一些紧凑细密复杂组件，焊缝距离近，分布细密，因组件用处特殊，对焊接后的质量要求较高，既要保证焊接质量又要保证焊接后焊缝的气密强度要求。类似结构的焊接通常采用真空钎焊方法，但存在内部通道结构泄漏或封堵，密封性不满足使用要求等问题。本发明提供一种新型焊接工艺方法，有效的解决了紧凑细密复杂组件的焊接问题，不仅解决了焊接后变形、封堵、泄露等问题，还保证气密性条件达到1.5MPa，保压30min要求，焊接质量达到航天标准QJ2698-1995I 级要求。
【发明内容】
[0003]本专利目的在于提供一种新型焊接工艺方法，解决紧凑细密结构5A06铝合金材料的焊接问题。采用新型焊接工艺重点解决了焊后开裂、变形、封堵、泄露等问题，重点采取控制熄弧速度、熄弧位置和拐弯时不减电流等措施解决焊接后开裂问题；采取控制起弧点位置、焊接过程中电流渐变、增加熄弧距离、控制焊接部位顺序等措施降低表面缺陷；采取反变形、对称焊等措施解决焊接后变形问题。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0005]主要包括以下步骤:
[0006](I)对5A06铝合金装配组件进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，用热风吹干，不能残留有水、油等杂物。
[0007](2)将5A06铝合金组合件板材装配对接，在焊接装配前进行刮削、矫平，尤其是带焊接部位和热影响区附近进行重点刮削，至露出金属光泽，焊接对接面不能有毛刺。
[0008](3)用过滤后无水的高压空气把表面和孔洞内部的铝屑和其它多余物吹干净。检查板材组件配合质量，要求间隙不大于0.15_，阶差不大于0.1_，用白绸布蘸无水乙醇擦拭组合件板材待焊部位。
[0009](4)将待焊组件装卡固定后进入真空电子束焊舱中，首先对组件进行定位焊，焊缝较长的对接焊缝定位焊长度为10mm，间距50mm，较短的对接焊缝定位焊长度为5mm，间距10mm，定位焊接完成后及时焊接，以免焊缝受其它因素污染。
[0010](5)在整个结构焊接构件中，焊接顺序为1、I1、II1、IV(图2所示)，即在焊接整个组合件中，先把类型I的环形焊缝逐个焊接完成后，在继续焊接类型II焊缝、类型III焊缝、类型IV焊缝。对1、I1、III焊缝焊接过程中要根据零件的长度和组数进行跳跃焊接，以减少单位面积热输入量，控制变形和定位点的开裂。待前几条焊缝焊完后，对IV焊缝进行焊接。[0011]类型1、II为小环形焊缝，焊缝较小，为了控制焊后开裂和表面凹陷问题，须采用不同的焊接参数进行焊接，1、II焊缝的起熄弧方法，如图3所示:
[0012]在点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub=140kV，聚焦电流Ic=2048mA,电子束流Ib = 3.5mA，焊接速度=10mm/s，偏摆频率=100HZ。到2处电流达到焊接参数电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib =5mA,焊接速度=10mm/s,偏摆频率=100HZ。从2到3焊接参数保持不变,焊完环形小焊缝一周后，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间参数保持不变，从5到6处电流逐减为0，焊接结束。以此参数规律将组件上类型I环形焊缝逐个焊接完成。
[0013](6)类型II环形焊缝为确保焊接后不开裂不变形，也采用不同的焊接参数，在点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 3.5mA，焊接速度=lOmm/s，偏摆频率=100HZ。到2处电流达到焊接参数电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA，焊接速度=lOmm/s，偏摆频率=100HZ。从2到3行程焊接参数保持不变，焊完环形小焊缝一周后，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间参数保持不变，从5到6处电流逐减为0，焊接结束。以此参数规律将组件上类型II环形焊缝逐个焊接完成。
[0014](7)类型III焊缝为大尺寸焊缝，定位完成后直接进行焊接，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV,聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA,焊接速度=10mm/s,偏摆频率=100HZ,以此参数规律将组件上类型III环形焊缝逐个焊接完成。
[0015](8)类型IV焊缝为外周最长焊缝，首先把长轴方向的两端进行定位后焊接，起弧、熄弧距离要放在短轴的直焊缝上，且留出短轴直焊缝的起熄弧距离，待长轴两端焊接完成后，对IV焊缝的剩余部位进行焊接，IV焊缝剩余部位的起熄弧要压过长轴两端的起熄弧位置。定位完成后直接采用参数焊完。焊接参数:加速电压Ub= 140kV，聚焦电流Ic =2048mA,电子束流Ib = 5mA，焊接速度=10mm/s，偏摆频率=100HZ。
[0016]通过以上分步焊接方式，将装配组合件上所有焊缝焊完，通过合理的焊接热量输入，焊接后缝外观成形美观，整个装配组件无变形，焊缝无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，也不会封堵内部通孔，焊接质量达到航天标准QJ2698-1995I级要求，气密性条件达到
1.5MPa，保压 30min 要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为焊接5A06铝合金组合件的焊缝分布情况；
[0018]图2为5A06铝合金组合件焊缝局部放大结构图；
[0019]图3焊缝的起熄弧点。
【具体实施方式】
[0020]1.对5A06铝合金组合件进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，用热风吹干，不能残留有水、油等杂物。
[0021]2.将5A06铝合金组合件板材配合对接，在焊接装配前进行打磨、矫平，使板面平整，对两块板的焊接部位和影响区附近进行刮削，至露出金属光泽，尤其是两个焊接对接面不能有毛刺。[0022]3.用过滤后无水的高压空气把表面和孔洞内部的铝屑和其它多余物吹干净。检查板材配合质量，要求间隙不大于0.2mm,阶差不大于0.1mm,用白绸布蘸无水乙醇擦拭组合件板材待焊部位。
[0023]4.将待焊组件装卡组装后放入焊机真空室的焊接工作台上，零件与工作台中间用自制的等厚垫块垫起，工作台的背面放上与零件等厚或更厚的板料，用卡具将零件长轴的两端与板料夹到一起，适当调整卡具的力度，对零件进行反变形固定装卡。
[0024]5.首先对组件进行定位焊，焊缝较长的对接焊缝定位焊长度为10mm，间距50mm，较短的对接焊缝定位焊长度为5mm，间距10mm，定位焊完成后及时焊接，以免焊缝受其它因素污染。
[0025]6.在整个结构焊接构件中，焊接顺序为1、I1、II1、IV，即在焊接整个组合件中，先把类型I的环形焊缝逐个焊接完成后，在继续焊接类型II焊缝、类型III焊缝、类型IV焊缝。类型Ι、π为小环形焊缝，焊缝较小，为确保焊接不变形，须采用不同的焊接参数进行焊接，1、II焊缝的起熄弧方法，如图3所示:
[0026]在点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub= 140kV，聚焦电流Ic=2048mA,电子束流Ib = 3.5mA，焊接速度=10mm/s，偏摆频率=100HZ。到2处电流达到焊接参数电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib =5mA，焊接速度=lOmm/s，偏摆频率=100HZ。从2到3焊接参数保持不变，焊完小焊缝，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间电流无变化，从5到6处电流逐减为O，焊接结束。
[0027]7.类型II环形焊缝为确保焊接不变形，也采用不同的焊接参数，在点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib=3.5mA,焊接速度=10mm/s,偏摆频率=IOOHZo到2处电流达到焊接参数电流,焊接参数为:加速电压Ub = 140kV,聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA,焊接速度=IOmm/S，偏摆频率=100HZ。从2到3焊接参数保持不变，焊完小焊缝，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间电流无变化，从5到6处电流逐减为0，焊接结束。以此参数将组件上类型II环形焊缝逐个焊接完成。
[0028]8.类型III焊缝为大尺寸焊缝，定位完成后直接进行焊接，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV,聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA,焊接速度=10mm/s,偏摆频率=100HZ，以此参数规律将组件上类型III环形焊缝逐个焊接完成。对1、I1、III焊缝焊接过程中要根据零件的长度和组数进行跳跃焊接，以减少单位面积热输入量，控制变形和定位点的开裂。待前几条焊缝焊完后，对IV焊缝进行焊接。
[0029]9.类型IV焊缝为外周最长焊缝，首先把长轴方向的两端进行定位后焊接，起弧、熄弧距离要放在短轴的直焊缝上，且留出短轴直焊缝的起熄弧距离，待长轴两端焊接完成后，对IV焊缝的剩余部位进行焊接，IV焊缝剩余部位的起熄弧要压过长轴两端的起熄弧位置。焊接参数:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 5mA，焊接速度=10mm/s,偏摆频率=IOOHZ。
[0030]通过上述焊接方法，焊接完成后，卸真空，把工作台移出真空室，对焊缝进行检测，符合航天标准QJ2698-1995I级焊缝要求，气密性条件达到1.5MPa，保压30min要求。
【权利要求】
1.紧凑细密5A06铝合金装配组件的焊接工艺方法主要包括以下步骤: (1)对5A06铝合金组件进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，用热风吹干，不能残留有水、油及其杂质； (2)将5A06铝合金组合件板材配合对接，在装配焊接前进行刮削、校形，对两块板的焊接部位和热影响区附近进行刮削，直至露出金属光泽，使是两个焊接对接面不能有毛刺； (3)用过滤后无水的高压空气把表面和孔洞内部的铝屑和杂质吹干净。检查板材配合质量，要求间隙不大于0.15mm，阶差不大于0.1mm，用白绸布蘸无水乙醇擦拭组合件板材待焊部位； (4)将待焊组件装卡固定后放入真空电子束焊舱中，首先对组件进行定位焊，焊缝较长的对接焊缝定位焊长度为IOmm,间距50mm,较短的对接焊缝定位焊长度为5mm,间距IOmm,定位焊完成后及时焊接，以免焊缝受其它因素污染； (5)在整个结构焊接构件中，焊接顺序为1、I1、II1、IV，即在焊接整个组合件中，先把类型I的环形焊缝逐个焊接完成后，在继续焊接类型II焊缝、类型III焊缝、类型IV焊缝，类型1、II为小环形焊缝，焊缝较小，为了控制焊后开裂和表面凹陷问题，须采用不同的焊接参数进行焊接，1、II焊缝的起熄弧方法，在起熄弧点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV,聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 3.5mA,焊接速度V =lOmm/s，偏摆频率100HZ。到2处电流达到焊接参数电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 5mA，焊接速度V = lOmm/s，偏摆频率IOOHZ ;从2到3行程焊接参数保持不变，焊完环形小焊缝一周后，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间参数保持不变，从5到6处电流逐减为0，焊接结束，以此参数规律将组件上类型I环形焊缝逐个焊接完成； (6)类型II环形焊缝为确保焊接后不开裂不变形，也采用不同的焊接参数，在起熄弧点I处开始起弧，逐渐增加电流，焊接参数为:加速电压Ub= 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA，电子束流Ib = 3.5mA，焊接速度V = lOmm/s，偏摆频率100HZ ;到2处电流达到焊接参数电流，焊接参数为:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA，焊接速度V = 10mm/S，偏摆频率100HZ，从2到3行程焊接参数保持不变，焊完小焊缝，从3处开始逐减电流到4处电流减至一半，4、5之间保持参数不变，从5到6处电流逐减为0，焊接结束，以此参数规律将组件上类型II环形焊缝逐个焊接完成； (7)类型III焊缝为大尺寸焊缝，定位完成后直接进行焊接，焊接参数为:加速电压Ub=140kV,聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 4.6mA,焊接速度V = 10mm/s,偏摆频率100HZ，以此参数规律将组件上类型III环形焊缝逐个焊接完成； (8)类型IV焊缝为外周最长焊缝，定位完成后直接采用参数焊完，焊接参数:加速电压Ub = 140kV，聚焦电流Ic = 2048mA,电子束流Ib = 5mA，焊接速度V = 10mm/s，偏摆频率100HZ ； 通过以上分步焊接方式，将组合板上所有焊缝焊完。
【文档编号】B23K15/06GK103480962SQ201310370564
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】熊亮同, 王瑞 申请人:北京星航机电装备有限公司