一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法与流程

本发明涉及金属材料焊接领域，尤其是涉及一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法。

背景技术：

真空电子束焊接穿透能力强、热输入量小、焊接速度快、真空条件下焊缝纯净度高、焊接变形与残余应力小的众多优点，非常适合大厚度钛合金的焊接。在我所承接的项目中，经常涉及到箱体类零件焊接，然而，电子束焊接由于电子枪无法转动这一自身技术特点限制，在焊接箱体零件的法兰或箱体对接时，电子束焊接在折弯（转角）位置处难以像手工tig、mig等焊接方法实施连续焊接，通常需要电子束焊缝的拼接，然而频繁的起收弧焊接直接降低焊接效率，更主要的容易导致焊缝缺陷，在焊缝内部产生钉尖、未熔合等缺陷，影响产品焊接质量。因此，解决电子束连续焊接折弯类结构难题，避免焊缝拼接，是保证焊缝质量和提高焊接生产效率的关键所在。目前关于电子束焊接连续性含有折弯（转角）结构形式的未曾报道。我所承接的钛合金外壳产品属于该类型的典型结构，因此针对该产品的结构特点发明了一种能够用于该类典型结构的电子束焊接方法，利用该方法，能够实现电子束一次性焊接含有折弯、转角形式焊缝的产品。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决折弯结构工件在采用传统电子束焊接时需要焊缝拼接容易产生缺陷的问题，提供一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法，采用该方法可以大幅度提高焊接质量和焊接效率，解决含有折弯（转角）结构的焊缝快速焊接，同时为其他相似类型的箱体类零件焊接提供解决方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法，包括如下步骤：

步骤一、取待焊接部件，测量待焊接部件的折弯角度α，并对待焊接部件进行划线处理，确定折弯焊接段和位于折弯焊接段两侧的直线焊接段；

步骤二、将步骤一中处理后的待焊接折弯工件进行清理，清理后干燥待用；

步骤三、定义一个可以沿x-y坐标系中x轴和y轴做直线往复运动的工作台为x-y平台，x-y平台上转动连接有转台，将步骤二中处理后的待焊接折弯工件固定在转台上，调整工件使工件焊缝的水平度不大于0.3，定义步骤一中确定的一个直线焊接段为起始焊接段，并调整转台使得待焊接部件的起始焊接段与x轴或y轴中的一个轴平行；

步骤四、取电子枪并调整电子枪的枪头的中心点与焊缝的中心线位于同一平面上，调整焊接环境的真空度不小于5×10^-3pa；

步骤五、调整步骤四中电子枪对应的电子束焊机的数据，使高压升至150kv，采用小束流的方式寻找电子束表面焦点对应的位置和聚焦电流，然后根据聚焦电流设定参数，通过ccd成像软件的观察功能将电子束对准步骤三中确定的起始焊接段，并将起始焊接段远离折弯焊接段的一端作为焊接起点，控制电子枪开始焊接，同时控制x-y平台进行滑动使电子枪的相对位置移动至直线焊接段与折弯焊接段交汇处，起始焊接段焊接完成；

步骤六、控制步骤五中的电子枪持续工作，同时调整x-y平台做插补走圆，插补走圆的中心半径为折弯焊接段中心至转台中心的距离，圆心为折弯焊接段的中心，同时转动旋转台，使得电子枪的相对位置从步骤五中直线焊接段与折弯焊接段交汇处移动至另一直线焊接段与折弯焊接段交汇处，转台的角速度与x-y平台插补走圆的角速度相同，转台和插补走圆同时开始，同时转动180°-α，电子枪的相对位置移动至另一个直线焊接段与折弯焊接段交汇处，折弯焊接段焊接完成；

步骤七、控制x-y平台进行滑动，使电子枪的相对位置从步骤六结束后的位置移动至所在直线焊接段的末端，控制电子枪持续工作，连续焊接完成；

步骤八、焊接完成后，将焊接件置于真空状态下冷却，冷却后去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作完成。

所述的步骤二中对待焊接折弯工件的清理方法为采用机械抛光方式清理待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂超声波清洗去除油污。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，其显著的优势在于：1、采用能量集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好的电子束作为施焊热源，能够在焊接时控制热输入量，能够实现大厚度折弯结构件快速焊接；2、通过本发明可以实现折弯结构焊缝一次性电子束焊接，避免了电子束拼接焊缝产生的钉尖、未熔合等缺陷，保证了焊缝质量；3、利用本发明可以针对不同转角结构形式和不同转角大小的折弯件进行连续性电子束焊接。

附图说明

图1为本发明中一种90°折弯结构工件的结构示意图。

图2为本发明中为图1中的俯视图。

图3为本发明中初始焊接状态下的状态示意图。

图4为本发明中图3中焊接结束后的状态示意图。

图5为本发明中折弯焊接段焊接过程中的状态示意图。

图6为本发明中折弯焊接段焊接结束后的状态示意图。

图7为本发明中90°折弯结构工件整体焊接结束后的状态示意图。

图示标记：1、90°折弯结构工件；2、转台；3、电子枪；4、电子束。

具体实施方式

图中所示，具体实施方式如下：

以加工一个90°的折弯结构工件为例进行焊接操作，结构厚度为30mm，需要将两层结构形式焊接。

一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法，包括如下步骤：

步骤一、取90°的折弯结构工件，测量待焊接部件的折弯角度90°，并对待焊接部件进行划线处理，确定折弯焊接段和位于折弯焊接段两侧的直线焊接段；

步骤二、将步骤一中处理后的待焊接折弯工件进行清理，采用机械抛光方式清理待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂超声波清洗去除油污，清理后干燥待用；

步骤三、定义一个可以沿x-y坐标系中x轴和y轴做直线往复运动的工作台为x-y平台，x-y平台上转动连接有转台，将步骤二中处理后的待焊接折弯工件固定在转台上，调整工件使工件焊缝的水平度为0.3，定义步骤一中确定的一个直线焊接段为起始焊接段，并调整转台使得待焊接部件的起始焊接段与x轴平行；

步骤四、取电子枪并调整电子枪的枪头的中心点与焊缝的中心线位于同一平面上，调整焊接环境的真空度为5×10^-3pa；

步骤五、调整步骤四中电子枪对应的电子束焊机的数据，使高压升至150kv，采用小束流的方式寻找电子束表面焦点对应的位置和聚焦电流，然后根据聚焦电流设定参数，焊接工艺参数如下：焊接速度300~1500mm/min，加速电压150kv，电子束束流30-150ma，工作距离200~1000mm。通过ccd成像软件的观察功能将电子束对准步骤三中确定的起始焊接段，并将起始焊接段远离折弯焊接段的一端作为焊接起点，控制电子枪开始焊接，同时控制x-y平台进行滑动使电子枪的相对位置移动至直线焊接段与折弯焊接段交汇处，起始焊接段焊接完成；本申请采用的是控制电子枪位置不变，调整x-y平台改变其相对位置，调整采用小束流的方式寻找电子束表面焦点对应的位置和聚焦电流，再将得到的聚焦束流输入至焊接程序中，如图通过ccd成像软件的观察功能将电子束4对准折弯件1左侧，开启电子束进行自动控制工作，电子束的焊接程序为本领域人员所公知的程序，不属于本申请的保护重点因此不做详细描述；

步骤六、控制步骤五中的电子枪持续工作，同时调整x-y平台做插补走圆（即为圆弧插补：就是用直线运动的两个轴x和y共同确定一个点，x和y同时运动，分别按照r*cosθ和r*sinθ轨迹运动。），插补走圆的中心半径为折弯焊接段中心至转台中心的距离l，圆心为折弯焊接段的中心，同时转动旋转台，使得电子枪的相对位置从步骤五中直线焊接段与折弯焊接段交汇处移动至另一直线焊接段与折弯焊接段交汇处（即为俯视状态下逆时针转动），转台的角速度与x-y平台插补走圆的角速度相同，转台和插补走圆同时开始，同时转动90°，电子枪的相对位置移动至另一个直线焊接段与折弯焊接段交汇处，折弯焊接段焊接完成；

步骤七、控制x-y平台进行滑动，使电子枪的相对位置从步骤六结束后的位置移动至所在直线焊接段的末端，控制电子枪持续工作，连续焊接完成；

步骤八、焊接完成后，将焊接件置于真空状态下冷却，冷却后去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作完成。

x-y平台由数控机床控制，该控制为常规数控控制，不做详细描述，不属于本申请的保护重点，

采用本发明提供的电子束焊接含有折弯结构形式的工件方法，通过该方法可实现产品连续焊接，避免了电子束焊缝拼接，同时利用本发明的方法还对一个方形结构的钛合金结构件进行焊接，共4处折弯结构，采用本发明后能够一次性焊接所有焊缝，焊接质量满足nb47013中射线、超声波探伤i级，低倍金相组织中未发现气孔、裂纹、夹杂等缺陷，尺寸精度等综合性能优于采用拼接焊接方式连接的结构件；

利用x射线探伤仪对按上述步骤完成的真空电子束焊接焊缝进行检测，焊缝质量满足gjb1718-2005і级要求。

在焊接试件中，利用金相显微镜对接头组织进行分析，利用万能实验机进行焊接接头抗拉试验测试。（断裂位置均发生在母材处，说明通过上述工艺得到的焊缝强度高于原始母材。）

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。