[发明专利]一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法，本发明通过固定槽和定位槽相配合固定多孔材料舵翼，电子束能够通过通孔照射在多孔材料舵翼的焊缝上进行焊接，能够将金属多孔材料部件和传统材料部件精密装配，避免了点焊固定造成的断裂问题，本发明能够实现多孔材料舵翼的可靠焊接，有效避免焊接裂纹缺陷，降低焊后残余应力，解决了舵翼的可靠焊接，为金属多孔材料焊接提供新的技术途径，为未来多孔材料的应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于金属多孔材料结构焊接领域，具体涉及一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法。

背景技术

金属多孔材料由金属(高温合金、钛合金、钢、铜等)粉末真空高温烧结而成，具有较高的强度和硬度，能够在高温下具有的透气、透水性，因此作为某飞行舵翼结构非常适合，然而多孔材料内部以半机械和半冶金连接，其塑韧性极差，由于金属多孔材料延伸率不足1％，属于难焊接材料，熔化焊接时常因为焊接应力导致横向裂纹，目前尚无关于此类烧结多孔材料的焊接性相关研究及应用的报道。

目前激光、电子束等高能束焊接方式焊接能量密度高、热影响区小，焊后残余应力低，但经过大量实验测试后仍无法满足此类多孔材料的焊接。特别随着焊缝长度增加，开裂倾向逐渐严重。多孔材料的焊接性差的问题严重限制了此类材料在实际工程中的应用和推广。

目前，多孔材料烧结制备工艺已经较为成熟，但针对多孔材料熔化焊接方面难题，目前仍无较好的解决方法，传统的金属多孔材料的连接方式通常以钎焊、螺纹、胶结为主，存在着连接可靠性差、强度低、耐高温性差的问题，因此严重制约了多孔材料在工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对多孔材料焊接性差的难题，基于电子束焊接技术，针对某飞行舵翼结构，提供一种金属多孔材料舵翼的焊接装置及方法，解决了多孔金属材料与传统材料的焊接问题，实现了某舵翼的可靠焊接。

为了达到上述目的，一种金属多孔材料舵翼的焊接装置，包括上夹板和下夹板，上夹板上设置有固定槽，下夹板上设置有定位槽，固定槽和定位槽相配合用于固定多孔材料舵翼，上夹板和下夹板间设置有高温加热器，高温加热器上开设有通孔，电子束能够通过通孔照射在多孔材料舵翼上多孔材料部件和金属材料部件之间的焊缝上。

多孔材料部件固定在定位槽上，金属材料部件固定在固定槽上。

定位槽上设置有热电偶。

下夹板置于旋转工作台上。

上夹板和下夹板间设置有定位螺柱，定位螺柱顶部设置有顶帽，定位螺柱贯穿上夹板和下夹板，上夹板与顶帽间设置有弹簧垫片。

一种金属多孔材料舵翼的焊接装置的工作方法，包括以下步骤：

S1，将多孔材料舵翼的多孔材料部件和金属材料部件固定在固定槽和定位槽上，使多孔材料部件和金属材料部件预焊接面对齐；

S2，将金属多孔材料舵翼的焊接装置置于电子束焊机的真空室内，当真空度优于10^-2Pa以上后，开启高温加热器进行加热，按照预设的升温曲线进行焊前预热；

S3，当多孔材料部件的加热温度至所需温度范围后，关闭高温加热器；

S4，调整电子束焊机的电子枪位置，使得电子枪与预焊接面对齐，按照预设的焊接工艺对当前表面进行焊接；

S5，焊接完成后，开启高温加热器加热至所需温度范围，使得焊缝缓冷；

S6，调整多孔材料舵翼的角度，使多孔材料舵翼的另一个面朝向电子束焊机的电子枪，执行S4，直至所有面都完成焊接，并冷却至室温。

S1中，多孔材料部件和金属材料部件间的错边量≤0.2mm，焊缝装配间隙≤0.2mm。

电子枪与预焊接面间的距离为400-1200mm。