一种变厚度zl114a铝合金的真空电子束焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种飞行器进气道，具体涉及一种高超声速内转进气道。
【背景技术】
[0002]ZL114A铝合金由于良好的铸造性能、较好的耐蚀性、气密性和高强度，被广泛地应用于航空航天领域。在实际生产中，常常需要在ZL114A铝合金件间进行焊接，以实现产品设计要求。
[0003]目前对ZL114A铝合金的焊接主要有氩弧焊和激光焊。使用传统的氩弧焊，很难保证变厚度区焊缝成形一致，并且在厚度较大的区域通常需要开坡口，进行多层多道焊，焊接热输入大、焊接变形大。使用激光焊，由于铝合金自身的高反射性，通常焊缝熔深有限，无法实现大厚度区域的焊接，且易产生气孔。真空电子束能量集中、热输入小、可实现不同厚度ZL114A的焊接，焊缝质量优良。因此，使用真空电子束焊接变厚度ZL114A具有明显的优势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，该方法利于电子束焊接穿透能力强、热输入小、焊接变形与残余应力小等特点，可以将4?32mm厚度的ZL114A铝合金实施焊接，焊接性能稳定。
[0005]本发明是这样实现的，一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，它包括以下步骤，
[0006]步骤1:焊前准备:将待焊件进行酸洗、机械打磨，并使用丙酮擦拭干净；
[0007]步骤2:装配:使用夹具、工装装配待焊件，保证装配位置正确，两焊接件面间距不超过0.2_，错边不大于0.2mm ；
[0008]步骤3:电子束焊接；
[0009]步骤4;焊后质量检查。
[0010]所述的步骤3包括，
[0011 ]步骤3.1:将待焊件及工装吊装置于电子束焊机平台上并进行固定，调整转轴至待焊接面与工作台平行，将电子束对准待焊接件间距中心位置，进行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa;
[0012]步骤3.2:真空度满足焊接要求后使用小电子束流(2?5mA)对焊接轨迹进行示教，调整NC程序参数，保证电子束斑点始终位于焊缝中间位置。示教完成后进行定位焊接，定位焊焊缝长度10?20mm，通过工作台平移或转台的旋转来完成；
[0013]步骤3.3对焊缝进行正式焊接，正式焊接使用阶梯起弧的方式，焊接电流在起弧5?10_后达到正式焊接电流，焊接完成后使用阶梯收弧的方式，在10?20_内完成熄弧；
[0014]步骤3.4对焊缝进行修饰焊接。修饰焊使用与正式焊一致的起收弧方式，并通过加扫描的电子束流来完成焊接。
[0015]所述的步骤4包括，
[0016]步骤4.1:焊后对电子束焊缝进行外观检查，保证焊缝表面无裂纹、咬边、凹陷、焊瘤等缺陷；
[0017]步骤4.2:焊后对电子束焊缝质量乂光无损检测，焊缝质量满足6见17184-2005《电子束焊接》I级焊缝要求；
[0018]步骤4.3:对焊接接头取样，进行接头力学性能测试，强度不低于基体材料的80%。
[0019]本发明的优点是，1.使用真空电子束焊接能量集中、热输入小、热影响区小、焊接变形小、焊接效率高、性能稳定;2.在正式焊和修饰焊中使用阶梯收弧和起弧的方式，可避免在焊缝起弧、收弧段形成凸起和凹坑;3.修饰焊使用加扫描的电子束流，可以有效的的消除焊接过程中产生的气孔，获得良好的焊缝内部质量及外观质量。
【附图说明】
[0020]图1为复杂变厚度型腔结构工件对接面示意图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍:
[0022]以复杂变厚度型腔结构工件为例，其对接面如附图1所示，工件材料为ZL114A。在焊接过程中对接平面及内弧面均存在变厚度区域，空腔部分壁厚为8mm，整体结构壁厚4?32mm0
[0023]1.平面焊接实施方案如下:
[0024]步骤1:焊前准备:
[0025]将待焊接件进行酸洗，去除表面氧化物，酸洗后在50?80°C下烘干20?30min，酸洗完成后机械打磨焊接区域至呈光亮金属光泽，并使用丙酮擦拭干净。
[0026]步骤2:装配:
[0027]使用夹具、工装装配待焊件，保证装配位置正确，两焊接件面间距不超过0.2mm，错边不大于0.2mm。
[0028]步骤3:平面电子束焊接方案
[0029]步骤3.1:将待焊件及工装吊装置于电子束焊机平台上并进行固定，调整转轴至待焊接面与工作台平行。将电子束对准待焊接件间距中心位置，进行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa。
[0030]步骤3.2:真空度满足焊接要求后使用小电子束流(2?5mA)对焊接轨迹进行示教，调整NC程序参数，保证电子束斑点始终位于焊缝中间位置。示教完成后进行定位焊接。定位焊焊缝长度10?20mm，通过工作台平移来完成。
[0031]定位焊工艺参数:
[0032]加速电压U = 50kV;
[0033]聚焦电流1 = 1760mA;
[0034]电子束流Ib = 20 ?40mA;
[0035]焊接速度V=1000mm/min。
[0036]步骤3.3:对焊缝进行正式焊接，正式焊接使用阶梯起弧的方式，焊接电流在起弧5?10_后达到正式焊接电流，焊接完成后使用阶梯收弧的方式，在10?20_内完成熄弧。
[0037]正式焊工艺参数:
[0038]加速电压U = 50kV;
[0039]聚焦电流1 = 1720mA;
[0040]电子束流Ib = 25 ?130mA;
[0041]焊接速度V=1000mm/min。
[0042]步骤3.4:对焊缝进行修饰焊接。修饰焊使用与正式焊一致的起收弧方式，并通过加扫描的电子束流来完成焊接。
[0043]修饰焊工艺参数:
[0044]加速电压U = 40?60kV;
[0045]聚焦电流1 = 1800mA;
[0046]电子束流Ib = 30 ?80mA;
[0047]焊接速度V=1000mm/min;
[0048]扫描方式:双余弦；
[0049]扫描幅值VX = 2mm，VY = 2mm;
[0050]扫描频率f = 200Hz。
[0051 ]步骤4;焊后质量检查
[0052]步骤4.1:焊后对电子束焊缝进行外观检查，保证焊缝表面无裂纹、咬边、凹陷、焊瘤等缺陷。
[0053]步骤4.2:焊后对电子束焊缝质量乂光无损检测，焊缝质量满足6见17184-2005《电子束焊接》I级焊缝要求。
[0054]步骤4.3:对焊接接头取样，进行接头力学性能测试，强度不低于基体材料的80%。
[0055]2.内弧面焊接具体实施方案:
[0056]步骤1:焊前准备:
[0057]将待焊接件进行酸洗，去除表面氧化物，酸洗后在50?80°C下烘干20?30min，酸洗完成后机械打磨焊接区域至呈光亮金属光泽，并使用丙酮擦拭干净。
[0058]步骤2:装配:
[0059]使用夹具、工装装配待焊件，保证装配位置正确，两焊接件面间距不超过0.2mm，错边不大于0.2mm。
[0060]步骤3:电子束焊接
[0061 ]步骤3.1:将待焊件及工装吊装置于电子束焊机平台上并进行固定，调整转轴至待焊接面与工作台平行。将电子束对准待焊接件间距中心位置，进行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa。
[0062]步骤3.2:真空度满足焊接要求后使用小电子束流(2?5mA)对焊接轨迹进行示教，调整NC程序参数，保证电子束斑点始终位于焊缝中间位置。示教完成后进行定位焊接。定位焊焊缝长度10?20mm，通过转台的旋转来完成。
[0063]定位焊工艺参数:
[0064]加速电压U = 60kV;
[0065]聚焦电流1 = 1760mA;
[0066]电子束流Ib = 20 ?40mA;
[0067]焊接速度V=1000mm/min。
[0068]步骤3.3:对焊缝进行正式焊接，正式焊接使用阶梯起弧的方式，焊接电流在起弧5?10_后达到正式焊接电流，焊接完成后使用阶梯收弧的方式，在10?20_内完成熄弧。
[0069]正式焊工艺参数:
[0070]加速电压U = 60kV;
[0071]聚焦电流1 = 1720mA;
[0072]电子束流Ib = 45 ?95mA;
[0073]焊接速度V=1000mm/min。
[0074]步骤3.4:对焊缝进行修饰焊接。修饰焊使用与正式焊一致的起收弧方式，并通过加扫描的电子束流来完成焊接。
[0075]修饰焊工艺参数:
[0076]加速电压U = 40?60kV;
[0077]聚焦电流1 = 1800mA;
[0078]电子束流Ib = 50 ?60mA;
[0079]焊接速度V=1000mm/min;
[0080]扫描方式:双余弦；
[0081]扫描幅值VX = 2mm，VY = 2mm;
[0082]扫描频率f = 200Hz。
[0083]步骤4;焊后质量检查
[0084]步骤4.1:焊后对电子束焊缝进行外观检查，保证焊缝表面无裂纹、咬边、凹陷、焊瘤等缺陷。
[0085]步骤4.2:焊后对电子束焊缝质量乂光无损检测，焊缝质量满足6见17184-2005《电子束焊接》I级焊缝要求。
[0086]步骤4.3:对焊接接头取样，进行接头力学性能测试，强度不低于基体材料的80%。
[0087]以上所述仅为本发明的较佳可行实例，并非局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，其特征在于:它包括以下步骤， 步骤1:焊前准备:将待焊件进行酸洗、机械打磨，并使用丙酮擦拭干净； 步骤2:装配:使用夹具、工装装配待焊件，保证装配位置正确，两焊接件面间距不超过0.2mm，错边不大于0.2mm； 步骤3:电子束焊接； 步骤4;焊后质量检查。2.如权利要求1所述的一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，其特征在于:所述的步骤3包括， 步骤3.1:将待焊件及工装吊装置于电子束焊机平台上并进行固定，调整转轴至待焊接面与工作台平行，将电子束对准待焊接件间距中心位置，进行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa; 步骤3.2:真空度满足焊接要求后使用小电子束流(2?5mA)对焊接轨迹进行示教，调整NC程序参数，保证电子束斑点始终位于焊缝中间位置。示教完成后进行定位焊接，定位焊焊缝长度10?20mm，通过工作台平移或转台的旋转来完成； 步骤3.3对焊缝进行正式焊接，正式焊接使用阶梯起弧的方式，焊接电流在起弧5?10_后达到正式焊接电流，焊接完成后使用阶梯收弧的方式，在10?20_内完成熄弧； 步骤3.4对焊缝进行修饰焊接。修饰焊使用与正式焊一致的起收弧方式，并通过加扫描的电子束流来完成焊接。3.如权利要求1所述的一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，其特征在于:所述的步骤4包括， 步骤4.1:焊后对电子束焊缝进行外观检查，保证焊缝表面无裂纹、咬边、凹陷、焊瘤等缺陷； 步骤4.2:焊后对电子束焊缝质量乂光无损检测，焊缝质量满足6见17184-2005《电子束焊接》I级焊缝要求； 步骤4.3:对焊接接头取样，进行接头力学性能测试，强度不低于基体材料的80 %。
【专利摘要】本发明属于一种变厚度ZL114A铝合金的真空电子束焊接方法，将4～32mm厚度的ZL114A铝合金待焊件进行酸洗、机械打磨后放入真空室抽真空，真空度控制在2～7×10-2Pa，分别进行定位焊、正式焊、修饰焊。正式焊及修饰焊使用阶梯起弧和阶梯收弧，修饰焊使用加扫描的电子束流。该方法的优点是可以有效避免焊接气孔出现，焊缝接头美观、成形良好，焊缝综合性能良好。
【IPC分类】B23K15/06
【公开号】CN105436688
【申请号】CN201510962000
【发明人】张鑫, 李宏伟, 王波, 曲宏韬
【申请人】北京航星机器制造有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月21日