本发明涉及一种电子束焊接方法,尤其是一种薄壁零件的电子束焊接方法。
背景技术:
电子束焊接方法是一种新型的焊接方式,但对于薄壁零件的电子束焊接,主要难点在于电子束焊接变形控制,接头强度的保证,焊缝质量的提高。航空发动机中的薄壁动力传动轴或联轴器组件,主要由法兰盘与膜盘,膜盘与膜盘,膜盘与端盖,端盖与薄壁轴共四部分通过电子束焊接形成,其中法兰盘与膜盘和膜盘与端盖的接头相同,采用的基体材料为低碳低合金齿轮钢和高合金超高强马氏体时效钢。该零件的电子束焊接接头要求严格,接头焊后接头无机加工序,膜盘焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48,接头强度达到基体强度的85%以上,尤其要求两膜盘间的接头强度达到基体强度的90%以上,而焊缝单个缺陷直径不能超过0.2mm,且只能有一个。现有的电子束焊接方法的步骤为:
对零件和夹具进行焊前退磁、彻底擦拭后进行装配,装配间隙为0.05mm~0.10mm;然后将零件装配到夹具上进行电子束焊接,各个位置的焊接参数为,法兰盘与膜盘:电子束流15mA、焊接速度25mm/s;膜盘与膜盘:电子束流3.5mA、焊接速度35mm/s;端盖与薄壁轴:电子束流10mA、焊接速度25mm/s。然而这种方法在电子束焊接过程中焊接变形难以控制,焊缝根部和表面缺陷尤其是焊接气孔很难满足设计要求,零件焊后变形大,满足不了精度和质量要求。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种薄壁零件的电子束焊接方法,可以有效的控制焊接变形,焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48,且电子束焊接接头的力学性能甚至达到基体强度的85%以上。一种薄壁零件的电子束焊接方法。
本发明的技术解决方案如下:
(1)清理:用油石或180#砂纸对零件表面进行清理,清理后用丙酮或酒精擦拭干净,然后将零件安装在夹具上;
(2)退磁:将零件、夹具一起进行退磁,至磁通密度小于1×10-4T;
(3)表面清理:将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮或酒精擦拭干净;
(4)零件装配:在干净的无污染的环境下进行零件的装配,配合间隙小于0.05mm,并在内腔涂抹止焊剂;
(5)再清理:零件装配合格后,再用绸布蘸丙酮或酒精擦拭待焊表面;
(6)零件入炉:将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中,保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直,以防止产生偏移和咬边;
(7)电子束对中:打点检查电子束对中,防止焊偏或焊不上;
(8)抽真空:真空室的压强低于1×10-2Pa;
(9)封焊:对薄壁零件进行封焊,相当于定位焊,沿圆周均布定位三处,具体参数为:
工作距离:300~400mm;
工作直径:30~120mm;
焊接速度:30±5mm/s;
聚焦束流:2200~2390mA;
电子束流:3±1.0mA;
加速电压:145±5kv;
真空度不大于1×10-2mbar;
(10)电子束焊:对薄壁零件进行焊全缝,具体参数为:
工作距离:300~400mm;
工作直径:30~120mm;
焊接速度:30±5mm/s;
聚焦束流:2200~2390mA;
电子束流:3.5~14mA;
加速电压:145±5kv;
真空度不大于1×10-2mbar;
(11)泄真空:焊接结束后,至少保持5min,然后向真空室充气;
(12)焊后清理:清理焊缝表面飞溅,用干净白绸布擦净零件表面变色层;
(13)焊后时效处理:焊后8小时内对零件进行时效处理,温度为130~485℃,保温4~24小时;
(14)检验:对零件进行磁粉、X光和工业CT检查,要求零件表面无裂纹,焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔;缺陷尺寸不大于0.2mm;
(15)喷丸:对零件周向进行喷丸,喷丸强度为0.006/0.008英寸,覆盖率为200%;
(16)最终检验:进行金相、硬度、强度检查,要求无影响性能的组织存在,且焊缝热影响区的硬度值不低于HRC48、焊缝的拉伸强度达到基体强度的90%。
本发明利用电子束焊接夹具控制薄壁零件的变形;其次是膜盘结构特殊,它是利用两个相同的膜盘焊接在一起形成的空心结构,在内腔涂抹止焊剂,防止零件内腔由于束流影响而受到烧损,利用合理的热输入,在外焊道焊接的同时,内侧待焊部位也焊接上;由于零件壁薄,同时电子束穿过空心后,再次实施焊接,一次同时焊接两条焊缝,不允许进行二次焊接。本发明首先通过利用合理的焊接束流和电子束偏摆扫描技术,保证焊缝宽度控制在一定范围内,同时利用合理的轴类工装固定膜盘组件,控制焊接变形;其次在焊接束流一定的情况下,控制扫描幅值,保证接头热影响区宽度,焊接后通过热处理,保证接头的强度和硬度。
本发明将零件间隙控制在0.05mm之内,保证了零件的焊缝质量;焊接后对零件利用时效处理,这种方法既保证了焊缝的强度,又保证了零件热影响区的硬度值。
具体实施方式
一种薄壁零件的电子束焊接方法,所述的方法包括以下步骤:
(1)清理:用油石或180#砂纸对零件表面进行清理,清理后用丙酮或酒精擦拭干净,然后将零件安装在夹具上;
(2)退磁:将零件、夹具一起进行退磁,至磁通密度小于1×10-4T;
(3)表面清理:将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮或酒精擦拭干净;
(4)零件装配:在干净的无污染的环境下进行零件的装配,配合间隙小于0.05mm,并在内腔涂抹止焊剂;
(5)再清理:零件装配合格后,再用绸布蘸丙酮或酒精擦拭待焊表面;
(6)零件入炉:将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中,保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直,以防止产生偏移和咬边;
(7)电子束对中:打点检查电子束对中,防止焊偏或焊不上;
(8)抽真空:真空室的压强低于1×10-2Pa;
(9)封焊:对薄壁零件进行封焊,相当于定位焊,沿圆周均布定位三处,具体参数为:
工作距离:300~400mm;
工作直径:30~120mm;
焊接速度:30±5mm/s;
聚焦束流:2200~2390mA;
电子束流:3±1.0mA;
加速电压:145±5kv;
真空度不大于1×10-2mbar;
(10)电子束焊:对薄壁零件进行焊全缝,具体参数为:
工作距离:300~400mm;
工作直径:30~120mm;
焊接速度:30±5mm/s;
聚焦束流:2200~2390mA;
电子束流:3.5~14mA;
加速电压:145±5kv;
真空度不大于1×10-2mbar;
(11)泄真空:焊接结束后,至少保持5min,然后向真空室充气;
(12)焊后清理:清理焊缝表面飞溅,用干净白绸布擦净零件表面变色层;
(13)焊后时效处理:焊后8小时内对零件进行时效处理,温度为130~485℃,保温4~24小时;
(14)检验:对零件进行磁粉、X光和工业CT检查,要求零件表面无裂纹,焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔;缺陷尺寸不大于0.2mm;
(15)喷丸:对零件周向进行喷丸,喷丸强度为0.006/0.008英寸,覆盖率为200%;
(16)最终检验:进行金相、硬度、强度检查,要求无影响性能的组织存在,且焊缝热影响区的硬度值不低于HRC48、焊缝的拉伸强度达到基体强度的90%。
实施例
一种航空发动机传动系统中的膜盘与膜盘之间的电子束焊接,基体材料为00Ni18Co8Mo5TiAl,厚度为1.9mm,内孔直径46mm,外径为112mm。焊后要求焊缝的强度达到基体强度90%以上,焊接接头热影响区的硬度值不低于HRC48,无损探伤达到要求的缺陷标准。
膜盘与膜盘电子束焊接的具体方法为:
(1)清理:用180#砂纸对零件表面进行清理,清理后用丙酮擦拭干净,然后将零件安装在夹具上;
(2)退磁:将零件、夹具一起进行退磁,至磁通密度9×10-5T;
(3)表面清理:将零件的待焊处用白色绸布蘸丙酮擦拭干净;
(4)零件装配:在干净的无污染的环境下进行零件的装配,配合间隙为0.01mm,并在内腔涂抹止焊剂;
(5)再清理:零件装配合格后,再用绸布蘸丙酮擦拭待焊表面;
(6)零件入炉:将夹具和零件一同放入电子束焊接炉的移动装置中,保证待焊处零件表面与电子束轴线垂直,以防止产生偏移和咬边;
(7)电子束对中:打点检查电子束对中,防止焊偏或焊不上;
(8)抽真空:真空室的压强低于1×10-2Pa;
(9)封焊:对薄壁膜盘进行封焊,相当于定位焊,沿圆周均布定位三处,具体参数为:
工作距离:350mm;
工作直径:112mm;
焊接速度:30mm/s;
聚焦束流:2285mA;
电子束流:3mA;
加速电压:140kv;
真空度:5×10-4mbar;
(10)电子束焊:对薄壁膜盘进行焊全缝,具体参数为:
工作距离:350mm;
工作直径:112mm;
焊接速度:30mm/s;
聚焦束流:2285mA;
电子束流:4.5mA;
加速电压:140kv;
真空度:5×10-4mbar;
(11)泄真空:焊接结束后,保持8min,然后向真空室充气;
(12)焊后清理:清理焊缝表面飞溅,用干净白绸布擦净零件表面变色层;
(13)焊后时效处理:焊后8小时内对零件进行处理,温度为480℃,保温4小时;
(14)检验:对零件进行磁粉、X光和工业CT检查,零件表面无裂纹,焊缝无裂纹、未焊透、未熔合、尖角型缩孔,无缺陷;
(15)喷丸:对零件周向进行喷丸,喷丸强度为0.006英寸,覆盖率为200%;
(16)最终检验:进行金相、硬度、强度检查,结果为无影响性能的组织存在,且焊缝热影响区的硬度值为HRC50、焊缝的拉伸强度达到基体强度的95%。结论:合格。