[发明专利]针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法。

背景技术

钛合金由于其比强度、比刚度高，抗氧化、耐腐蚀性能好，加工、成形、焊接性良好，目前已广泛应用于航空、航天飞行器等重要结构件，焊接作为钛合金加工的重要手段，有着提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本、满足气密要求等方面的优势，成为一种必不可少的连接方法。如图1所示，在航空航天飞行器装备中，针对多舱段薄壁钛合金箱体结构提出较高的要求，既要保证焊接质量又要满足结构件的气密强度、整体外形精度要求。传统的自动氩弧焊接技术虽然能够保证箱体结构的强度要求，但是其焊接变形相对较大；同时针对多舱段箱体结构的焊接，通常采用逐段对接多次装夹多次焊接的方法，从而导致误差累积，很难达到箱体外形精度的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种新型焊接装配方法和工艺技术，要求其能够解决多舱段薄壁钛合金箱体结构的焊接难点，保证焊缝质量、外形精度、强度气密试验满足相关要求。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种针对多舱段薄壁钛合金箱体结构的真空电子束焊接方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1：设计工装；

用于焊接过程的外压卡环工装3设置为圆环形，并在环向圆周方向上均匀的开有多个U形口，在电子束焊接时选择在U形口处定位，实现一次进舱完成整圈焊缝的定位；同时该定位卡环工装3装配时用于同时卡紧相邻的两个待焊接零组件，用于防止零件定位时由于转动而产生待焊部位串动；并且通过同时压紧相邻的两个零组件，来控制零组件的装配阶差；

步骤S2：焊前准备；

步骤S201：对钛合金舱段进行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金属杂质，并将其置于低真空洁净环境中，在24小时内进行电子束焊接；

步骤S202：将各零组件对接处用风刷进行打磨处理，直至露出金属光泽，并用白绸布蘸丙酮擦拭干净；

步骤S3：装配工装；

步骤S301：在箱体内预置铜皮，防止电子束击伤对面箱体；采用环焊工装，在环焊工装前后端法兰盘上设置限位孔，对各零组件的相对位置进行限位；将所有舱段按照顺序依次装配到环焊工装上面，通过各零组件的标记刻线协调检查装配位置，并借助环焊工装轴心处的拉杆装置将各个零组件拧紧，保持同轴可旋转；

步骤S302：采用外压卡环工装3将待焊零组件焊缝位置固定；

步骤S4：电子束焊接；

步骤S401：将产品和工装吊装置于电子束焊机水平工作台上，送入真空电子束焊舱中；首先对各零组件进行定位焊接，不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环焊缝最高点处定位焊，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点，定好位后转动工装约180°，同样在不转动环焊工装的状态下仅通过工作台的水平移动实现对所有环缝另一侧的定位，定位焊缝长度约为5mm～15mm，每条焊缝定一点；然后再转动环焊工装，对每条环焊缝进行周圈的正式定位焊，每条定位焊长度约10mm～20mm，间距15mm～25mm，根据外压卡环工装的U形口大小，来调整定位焊长度和间距；

定位焊工艺参数为：

加速电压：U_b＝130Kv-150Kv

聚焦电流：I_c＝2210mA-2260mA

电子束流：I_b＝2mA-5mA

焊接速度：V＝5mm/s-10mm/s

偏摆：X＝1.5mm-1.7mm；Y＝0mm；

步骤S402：定位焊接后打开电子束真空舱，检查定位焊焊缝质量，要求定位焊缝不存在裂纹、焊缝周圈间隙及阶差均不大于0.15mm；将定位焊外压卡环工装从焊缝中心处移开到旁边的零组件上，以不阻碍正式电子束焊接，同时可对弱刚性壳体起到一定的卡紧固定作用；

步骤S403：将待焊接零组件再次送入真空电子束焊舱中，对每条环焊缝进行正式焊接；从箱体最高点开始缓慢起弧，转过8°～15°时达到正式焊接点，环焊一周再次经过正式焊接点后再转过5°～10°时开始熄弧，熄弧时缓慢下降，当再转过8°～15°时，焊接结束；

其中，薄壁钛合金箱体结构的环焊缝真空电子束焊接工艺参数为：

加速电压：U_b＝130Kv-150Kv

聚焦电流：I_c＝2210mA-2260mA

电子束流：I_b＝5mA-30mA