一种用于消除环形件电子束焊缝气孔的通气锁底结构的制作方法

本发明是一种用于消除环形件电子束焊缝气孔的通气锁底结构，属于环形件的电子束焊接技术领域。

背景技术：

随着材料科学技术的不断发展，先进材料的广泛应用促进了先进加工工艺也必须向前发展。电子束技术被称为二十一世纪的加工技术之一，电子束焊接方法是许多先进材料连接的理想手段之一。

在先进发动机的制造工艺中，广泛采用了电子束焊接技术，不仅可以减轻重量，还可以使零件的数量和连接件的数量大为减少，也大大增加了发动机的工作可靠性。电子束焊接技术在航空发动机零件制造中的应用达到40％，制造难度减少40％～50％，劳动生产率提高1.5～2倍，结构零件的总重量减少25％～40％。

焊接接头要具有高的可靠性，必须具有高的疲劳强度。决定焊接接头疲劳强度的条件之一是被焊缝材料在焊接过程中产生的气孔数量和尺寸。因为气孔是应力集中点，当结构件受到循环使用载荷作用时，气孔可能成为疲劳裂纹源。

被焊接合金材料的冶金质量如气体元素含量，待焊接区域的清洁状况和工作室真空度以及焊接工艺参数的不匹配等是产生焊缝气孔的主要原因。因此，提高材料的冶金质量、严格的表面清理、优选焊接工艺参数是消除焊缝气孔所必须采取的技术措施。

采用带有退刀槽的锁底接头型式，一定程度上有利于减少焊缝气孔的产生。但是，因存在退刀槽，必须合理地选择焊接工艺参数，获得在退刀槽深度区域焊缝宽度必须大于退刀槽宽度的2倍以上。否则焊接过程中熔融液态金属将不能完全流布退刀槽区域。导致焊后的射线检测在X光片影像中存在全周“黑实线”或断续的、“毛絮状”或是局部的黑色影像，常被判定为气孔、未熔合及空洞等焊接缺陷。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题而设计，提供了一种用于消除环形件电子束焊缝气孔的通气锁底结构，其目的是减少和消除焊缝气孔缺陷的产生，改善焊接工艺质量，提高接头的抗疲劳性能，从而增加焊接结构的可靠性和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该种用于消除环形件电子束焊缝气孔的通气锁底结构，所述锁底结构是指两个对接环形件中一个环形件Ⅰ(3)的对接端面Ⅰ(1)的内缘上加工有环形凸台(2)，另一个环形件Ⅱ(4)的对接端面Ⅱ(5)套装在环形凸台(2)上与环形件Ⅰ(3)的对接端面Ⅰ(1)贴合，其特征在于：在环形凸台(2)与环形件Ⅱ(4)的配合面(6)上，沿轴向加工通气槽(7)，通气槽(7)沿圆周状配合面均匀分布，通气槽(7)的长度L与环形凸台(2)的宽度B相等，通气槽(7)的截面形状为圆弧形(8)，通气槽(7)的宽度D为1.0～3.0mm，通气槽(7)的深度H为0.3～1.0mm，通气槽(7)的周向间距为10～50mm。

环形凸台(2)直接加工成形在环形件Ⅰ(3)的对接端面Ⅰ(1)的内缘上，与环形件Ⅰ(3)为一体化结构。

环形凸台(2)设置在环形件Ⅰ(3)的对接端面Ⅰ(1)的内缘外侧面上。

当环形件Ⅰ(3)的内径R1≤100mm时，通气槽(7)的周向间距为10～40mm，当环形件Ⅰ(3)的内径R1＞100mm时，通气槽(7)的周向间距为30～50mm。

当环形件Ⅰ(3)的外径R2与内径的差R2-R1≤10mm时，通气槽(7)的宽度D为1.0～2.0mm，通气槽(7)的深度H为0.3～0.5mm。

当环形件Ⅰ(3)的外径R2与内径的差R2-R1＞10mm时，通气槽(7)的宽度D为2.0～3.0mm，通气槽(7)的深度H为0.5～1.0mm。

本发明技术方案是在普通锁底结构的锁底轴向配合面上加工贯穿整个锁底宽度的通气槽，在电子束焊接过程中，带有通气槽的锁底结构能够使焊缝液态金属中溶解的部分气体从通气槽溢出，从而有效避免焊缝中气孔缺陷的形成，该种结构易于机械加工，改善焊接工艺质量，提高接头的抗疲劳性能，增加焊接结构的可靠性和稳定性，焊后检测不会被误判误检等优点。

附图说明

图1为带通气槽的环形件Ⅰ

图2为与环形件Ⅰ相配合的环形件Ⅱ

图3为环形件Ⅰ通气槽部位放大图

图4电子束焊接完成的钛合金环形件

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

该种用于消除环形件电子束焊缝气孔的通气锁底结构，该所锁底结构如图1-图3所示，所述锁底结构是指两个对接环形件中一个环形件Ⅰ3的对接端面Ⅰ1的内缘上加工有环形凸台2，另一个环形件Ⅱ4的对接端面Ⅱ5套装在环形凸台2上与环形件Ⅰ3的对接端面Ⅰ1贴合，其特征在于：在环形凸台2与环形件Ⅱ4的配合面6上，沿轴向加工通气槽7，通气槽7沿圆周状配合面均匀分布，通气槽7的长度L与环形凸台2的宽度B相等，通气槽7的截面形状为圆弧形8。焊接前环形件13加工通气锁底结构，当内径R1≤100mm时，通气槽7的周向间距为10～40mm，当环形件Ⅰ3的内径R1＞100mm时，通气槽7的周向间距为30～50mm。当环形件Ⅰ3的外径R2与内径R1的差R2-R1≤10mm时，通气槽7的宽度D为1.0～2.0mm，通气槽7的深度H为0.3～0.5mm。当环形件Ⅰ3的外径R2与内径R1的差R2-R1≤10mm时，通气槽7的宽度D为1.0～2.0mm，通气槽7的深度H为0.3～0.5mm。当环形件Ⅰ3的外径R2与内径的差R2-R1＞10mm时，通气槽7的宽度D为2.0～3.0mm，通气槽7的深度H为0.5～1.0mm。

待焊工件依据上述要求加工通气锁底结构后，采用机械或化学方法清理待焊区域，去除氧化膜及油污。清理后的环形件Ⅰ3和环形件Ⅱ4装配一起，放入电子束焊机真空室中，按照普通电子束焊接工序要求完成焊接工作。

实施例1

某钛合金环形件的电子束焊接。其中，环形件Ⅰ3的R2＝225mm，R0＝215mm；环形件Ⅱ4的R2＝225mm，R1＝219mm。首先将环形件Ⅰ3，加工出环形凸台2，凸台宽度B为5mm。然后在环形凸台2与环形件Ⅱ4的配合面6上，沿轴向加工通气槽7。通气槽7的长度L为5mm，与环形凸台2的宽度B相等。通气槽7的截面形状为圆弧形8，通气槽7的宽度D为2.0mm，通气槽7的深度H为0.4mm。通气槽7沿周向均匀布置，间距为30mm。环形件Ⅱ4与环形件Ⅰ3的配合端面不加工倒角。

焊前去除带通气锁底结构的环形件Ⅰ3与环形件Ⅱ4的表面油污等杂质，采用机械方法去除表面氧化层。采用合适的焊接工装将环形件Ⅰ3与环形件Ⅱ4装配固定一起后放入真空电子束焊机中，待真空室及电子枪的真空度达到焊接条件时，开始焊接工序。电子束焊接顺序依次为定位焊、密封焊和正式焊。

定位焊时采用表面聚焦，聚焦电流2150mA，束流为5mA,定位点间距45°。密封焊接时，焦点位于零件表面之上，聚焦电流2210mA，加速电压150KV，束流15mA，焊接速度30mm/s，电子束扫描幅值1mm，扫描频率600Hz。正式焊接时，焦点位于零件表面之上，聚焦电流2210mA，加速电压150KV，束流45-40mA，焊接速度30mm/s，电子束扫描幅值1mm，扫描频率600Hz。此通气锁底结构的环形件焊后如图4所示。经X射线检验发现：焊缝质量满足标准要求，与不采用通气锁底结构的焊缝相比气孔数量明显减少，说明此通气锁底结构能够有效避免焊缝气孔缺陷的形成。