一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接技术领域，具体涉及到一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊 接方法。
【背景技术】
[0002] 35CrMnSi钢属于中碳调质钢，35CrMnSi钢的碳当量较高，焊接冷裂倾向大，同时 对热的敏感性、脆硬倾向非常强，对热量的输入要求非常严格，焊接工艺参数范围窄，产生 热裂纹倾向大，焊接质量的控制难度很大。
[0003] 目前对35CrMnSi钢常用的焊接方法主要有TIG、MIG和MAG等，这些焊接方式的 热输入相对较大，焊接变形较大，焊缝组织粗大，焊接质量不佳，特别是大厚度的35CrMnSi 钢，需要开坡口进行多层多道焊，焊接效率低，接头综合性能不良。
[0004] 陈国庆等人针对2mm厚的35CrMnSi钢进行了真空电子束焊接，获得了无冶金缺陷 的焊接接头，并对接头组织与性能进行了研宄（陈国庆，张秉刚，王振兵，等.真空电子束焊 接35CrMnSi钢[J].焊接学报，2011，32(9) :33-36.)，该研宄主要针对2mm厚的35CrMnSi 薄板，对于大于5mm厚的35CrMnSi钢并不适用。
[0005] 截至目前，针对20~150mm大厚度35CrMnSi钢的电子束焊接方法未见相关报道。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法， 该方法利用电子束焊接具有的穿透能力强、热输入量小、焊接速度快、真空条件下焊缝纯净 度高、焊缝及热影响区组织相比电弧焊细小、焊接变形与残余应力小等特点，可以将20~ 150mm厚度的35CrMnSi钢实施焊接，焊接效率高，焊接性能稳定，保障焊接质量。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚在20~ 150mm范围的35CrMnSi钢，该35CrMnSi钢或是板材，或是铸件，或是锻件，本发明的特征如 下：
[0009]先将两待焊35CrMnSi钢的待焊面分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙酮、酒精 以及超声波对其待焊面进行去除油污，干燥后备用；
[0010] 将上述干燥备用的两待焊35CrMnSi钢置于真空室中，通过夹具调整两待焊 35CrMnSi钢的焊接间距，所述焊接间距控制在0. 2mm内，将电子束准确对准所述焊接间距 任一端的中点，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度控制在l(T2Pa~l(T 3Pa ;
[0011] 先采用聚焦电子束对所述焊接间距实施普焊，此时聚焦电子束的加速电压控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦电子束的束流控制在30~200mA，聚焦电子 束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，聚焦电子束的离焦量为 0,该普焊从所述焊接间距的任一端到其另一端为止；
[0012] 再采用散焦电子束对所述焊接间距实施修饰焊，此时散焦电子束的加速电压控制 在150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦电子束的束流控制在20~30mA，散焦电 子束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，散焦电子束的离焦量 控制在0. 3~0. 8mm，所述修饰焊从所述焊接间距的另一端到其任一端为止，至此完成两待 焊35CrMnSi钢的真空电子束焊接；
[0013] 真空条件下电子束焊接完成后，将焊好的35CrMnSi钢放在真空室中自然冷却 lOmin，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi钢即可，并对焊缝接头取样并进行 强度检测，要求焊缝接头的强度系数多0. 90。
[0014] 由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
[0015] 1、本发明无论是采用聚焦电子束焊接还是采用散焦电子束焊接，其电子束的能量 集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好，使得整个焊接过程时间缩短、热影 响区减小，焊缝质量满足GJB 1718-2005 I级要求。
[0016] 2、本发明的电子束焊接过程是在真空室内进行的，真空室的抽真空可以有效避免 大气中的有害气体对焊缝的影响，有效提高焊缝的结合强度。
[0017] 3、本发明的电子束焊接可实现待焊面不开坡口的单面焊双面成形过程，焊接效率 显著提高，避免现有技术中多层多道焊接造成的焊缝性能及质量下降问题。
[0018] 4、本发明的电子束焊接，其焊热输入量小，焊接变形小，能有效控制35CrMnSi钢 的焊接制造精度。
【具体实施方式】
[0019] 本发明是一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚 在20~150mm范围的35CrMnSi钢，该35CrMnSi钢或是板材，或是铸件，或是锻件。
[0020] 本发明先将两待焊35CrMnSi钢的待焊面分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙 酮、酒精以及超声波对其待焊面进行去除油污，干燥后备用。
[0021] 将上述干燥备用的两待焊35CrMnSi钢置于真空室中，通过夹具调整两待焊 35CrMnSi钢的焊接间距，所述焊接间距控制在2mm内，将电子束准确对准所述焊接间距任 一端的中点，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度控制在l(T 2Pa~10_3Pa。
[0022] 先采用聚焦电子束对所述焊接间距实施普焊，此时聚焦电子束的加速电压控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦电子束的束流控制在30~200mA，聚焦电子 束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，聚焦电子束的离焦量为 0,该普焊从所述焊接间距的任一端到其另一端为止；
[0023] 再采用散焦电子束对所述焊接间距实施修饰焊，此时散焦电子束的加速电压控制 在150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦电子束的束流控制在20~30mA，散焦电 子束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，散焦电子束的离焦量 控制在0. 3~0. 8mm，所述修饰焊从所述焊接间距的另一端到其任一端为止，至此完成两待 焊35CrMnSi钢的真空电子束焊接；
[0024] 电子束在普焊过程中会存在焊接表面下塌缺陷，而修饰焊则可以修补下塌缺陷， 使焊接表面更加平滑光整，无论普焊还是修饰焊均不填加其它焊接材料。
[0025] 真空条件下电子束焊接完成后，将焊好的35CrMnSi钢放在真空室中自然冷却 lOmin，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi钢即可，并对焊缝接头取样并进行 强度检测，要求焊缝接头的强度系数多0. 90。
[0026] 在本发明中，电子束焊接的热输入量小，焊接速度快，在真空条件下焊缝的纯净度 高，焊缝及热影响区组织相比普通电弧焊细小，焊接变形与残余应力小，相对钨极氩弧焊接 的性能对比见下表。
[0028] 以两块尺寸为300 X 150 X 25mm的35CrMnSi钢板对接焊为例，其焊接效率见下表。
[0030] 上述两表充分说明：本发明在抗拉强度平均值、延伸率平均值、强度系数及焊接效 率上明显优于钨极氩弧焊接。
【主权项】
1. 一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚在20~ 150mm范围的35CrMnSi钢，该35CrMnSi钢或是板材，或是铸件，或是锻件，其特征是： 先将两待焊35CrMnSi钢的待焊面分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙酮、酒精以及 超声波对其待焊面进行去除油污，干燥后备用； 将上述干燥备用的两待焊35CrMnSi钢置于真空室中，通过夹具调整两待焊35CrMnSi钢的焊接间距，所述焊接间距控制在〇. 2mm内，将电子束准确对准所述焊接间距任一端的 中点，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度控制在KT2Pa~KT3Pa; 先采用聚焦电子束对所述焊接间距实施普焊，此时聚焦电子束的加速电压控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦电子束的束流控制在30~200mA，聚焦电子 束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，聚焦电子束的离焦量为 〇mm，该普焊从所述焊接间距的任一端到其另一端为止； 再采用散焦电子束对所述焊接间距实施修饰焊，此时散焦电子束的加速电压控制在 150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦电子束的束流控制在20~30mA，散焦电子 束枪口距两待焊35CrMnSi钢表面的垂直距离控制在500~1300mm，散焦电子束的离焦量控 制在0. 3~0. 8mm，所述修饰焊从所述焊接间距的另一端到其任一端为止，至此完成两待焊 35CrMnSi钢的真空电子束焊接； 真空条件下电子束焊接完成后，将焊好的35CrMnSi钢放在真空室中自然冷却lOmin， 之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi钢即可，并对焊缝接头取样并进行强度检 测，要求焊缝接头的强度系数多〇. 90。
【专利摘要】一种大厚度35CrMnSi钢的真空电子束焊接方法，将20～150mm厚的两待焊35CrMnSi钢机械打磨并放进真空室，真空室的抽真空度控制在10-2Pa～10-3Pa，两待焊35CrMnSi钢的焊接间距控制在0.2mm内，先采用聚焦电子束对焊接间距实施普焊，再采用散焦电子束对焊接间距实施修饰焊，真空条件下电子束焊接完成后，将焊好的35CrMnSi钢放在真空室中自然冷却10min，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi钢即可，焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求，可实现待焊面不开坡口的单面焊双面成形过程，焊接效率显著提高，焊热输入量小，焊接变形小，能有效控制焊接精度。
【IPC分类】B23K15/06, B23K103/04, B23K101/16
【公开号】CN104907685
【申请号】CN201510301960
【发明人】熊进辉, 耿永亮, 安飞鹏
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月4日