[发明专利]一种小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种小直径管嘴与铝合金薄壁结构的加工方法，尤其是一种小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法。

背景技术

小直径管嘴与薄壁球（冠）面、圆弧面及平板等薄壁结构垂直装配的焊接结构广泛应用于航空、航天、石油管道、压力容器、汽车等国家重点工业行业。机械加工的小直径管嘴和通常钣金成形的薄壁板材由于结构上的巨大差异和普通焊接热源不集中、邻近熔池交互影响等原因导致该焊缝的焊接性差、质量问题突出和变形难以控制，但该结构的重要性往往又对焊缝强度、焊缝致密性、抗疲劳性等有严格的要求。如图1所示，现有的小直径管嘴与铝合金薄壁结构之间的焊接技术，通常先将小直径管嘴与铝合金薄壁结构装配定位后，再采用TIG焊接工艺焊接角焊缝。在该技术中，小直径管嘴与铝合金薄壁结构之间需要反复的定位、校形和检测，操作繁琐而且不容易达到要求，同时薄壁结构和小直径小直径管嘴均为化学活性强、线膨胀系数大、导热性好的铝合金，TIG焊接时，由于能量密度低、热源不集中、热影响区大等特点导致环焊缝区域相邻熔池交互影响，在焊接热循环和大拘束度共同作用下，焊接变形和缺陷问题十分突出，难以满足产品设计的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、焊接质量高、工件变形小的小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法，它采用以下步骤来实现：

1)    加工铝合金薄壁结构，在铝合金薄壁结构的边部安装圆环，在铝合金薄壁结构上加工用于装配小直径管嘴的安装孔；

2)    加工小直径管嘴，对小直径管嘴进行机加工，其中在小直径管嘴的外壁上加工有凸台；

3)    定位铝合金薄壁结构，利用圆环将铝合金薄壁结构定位在焊接工装上，其中圆环紧贴在工装的限位面上，保证安装孔中心线与电子束轴线方向一致；

4)    将小直径管嘴装配到铝合金薄壁结构的安装孔内，小直径管嘴的外壁与安装孔过盈配合，凸台搭接在安装孔上方并与铝合金薄壁结构紧密贴合，保证小直径管嘴的中心线与铝合金薄壁结构的安装孔的中心线一致；

5)    采用真空电子束焊接，按照安装孔外圆轨迹，在数控系统控制的电子束焊接设备上进行编程示教，选用匹配的电子束焊接参数对小直径管嘴与铝合金薄壁结构的配合处进行焊接，其中将小直径管嘴的外壁与安装孔焊接在一起，将小直径管嘴的凸台熔化连接在铝合金薄壁结构上，焊接过程中须保证电子束轴线、安装孔中心线、小直径管嘴中心线的方向一致；

6)    打磨去除焊缝的正面凹陷和反面飞溅及丁尖状焊漏，保证焊缝不低于铝合金薄壁结构表面并与铝合金薄壁结构表面圆滑过渡。

由于采用了上述方法，具有凸台的小直径管嘴，采用电子束焊工艺与铝合金薄壁结构焊接，提高了产品焊接合格率。电子束焊能量密度高、焊速快、线能量低和热影响区小，其焊缝可一次焊接成形，工件变形小，质量高。小直径管嘴采用凸台结构，增加了焊缝熔池熔化量和焊漏余量，在电子束焊过程中，通常是不填丝焊接的，因此在保证熔透的前提下铝合金薄壁结构上一般会形成凹陷，该凸台在电子束焊接时自熔于焊接过程中产生的凹陷上，从而增加了焊接有效厚度和熔池熔化量，使产品即使有部分凹陷，但焊接有效厚度依然满足设计要求。薄壁结构上产生的表面凹陷和焊缝反面飞溅及丁尖状缺陷，可以进行打磨修整以满足产品验收要求，有效降低焊接工艺难度。由于小直径管嘴具有凸台的结构，使得小直径管嘴的装配过程极其简单且尺寸控制精确，直接将小直径管嘴插入安装孔即可，无需反复的定位、校形和检测，减少了定位操作的步骤，节约了时间和成本。步骤1）中，在铝合金薄壁结构的边部安装圆环，使得铝合金薄壁结构便于固定在焊接工装上，使其保持一定的倾角，有利于调节焊接姿态，简化焊接工艺；步骤2）中，在加工小直径管嘴的时候，在其外壁上加工有凸台，使得该小直径管嘴具有新型的结构，便于采用电子束进行焊接；步骤3）将圆环紧贴在工装的限位面上，保证安装孔中心线与电子束轴线方向一致，从而更利于安装管嘴以及便于焊接的操作；步骤4）保证了小直径管嘴的中心线与铝合金薄壁结构垂直连接关系；步骤5）采用数控系统控制的电子束进行焊接，使得焊接处更加精确，电子束将凸台熔化在安装孔周围的铝合金薄壁结构上，使得凸台自熔填补焊接过程中出现的凹陷；步骤6）对薄壁结构上产生的表面凹陷和焊缝反面飞溅及丁尖状缺陷，进行打磨修整以满足产品验收要求，有效降低焊接工艺难度。