[发明专利]一种适用于薄壁顶盖小直径法兰盘的电子束焊接方法

摘要

本发明属于电子束焊接技术领域，具体涉及一种大尺寸薄壁空间曲面顶盖上多个不同周向位置小直径法兰盘的电子束焊接方法。本发明设计了适应于顶盖法兰盘电子束焊接的法兰盘结构，法兰盘焊接接头部位采用对接锁底结构，有效地保证了装配精度和焊接质量。同时根据顶盖上与法兰盘装配焊接处的开孔尺寸，对法兰盘的焊接面直径配车，保证法兰盘与顶盖的装配间隙满足焊接要求。并结合工装的使用，采用弹性预应力变形，抵消焊接应力，减少变形，实现了分布在空间曲面顶盖上不同位置的法兰盘电子束焊接，获得了满意的焊接质量。

主权项

一种适用于薄壁顶盖小直径法兰盘的电子束焊接方法，其特征在于：顶盖的型面为旋转椭球曲面，顶盖的开孔为椭球曲面的法线方向，N个法兰盘分布在距离椭球曲面轴线中心不同位置处，N≥4，N个法兰盘的圆心与椭球曲面轴线中心之间的距离有480mm、500mm两种情况；顶盖的理论型面为椭球曲面，设母线方程为根据母线方程绘制椭圆；设O点为椭圆的中心点，P点为法兰盘中心在顶盖椭圆上的切点位置，为经过切点P点的切线，为经过切点P点的法线，F1和F2为椭圆的左、右焦点，和顶盖中心轴线平行，垂直于X轴；设和之间的夹角角度为法兰盘中心在椭球曲面顶盖上的法线角度α；该方法包括焊接前法兰盘结构设计，焊接装配，以及焊接过程工艺控制三部分，具体包括如下步骤：(1)法兰盘结构设计在每个法兰盘上设计锁底结构，在焊接装配过程中起到刚性固定和衬托焊缝作用；法兰盘与顶盖进行接头配合，焊缝位置位于锁底宽度的中心；法兰盘的焊缝边沿预留凸台，以凸台作为填充料弥补铝合金蒸发和焊缝焊漏的金属损失，以获得表面成形饱满的焊缝；凸台高度、凸台宽度和锁底的厚度与宽度根据法兰盘和顶盖结合面的焊接厚度按如下原则确定：①焊接厚度大于3mm时，锁底厚度为2～3mm，锁底宽度为5～ 8mm；凸台高度为0.5mm、凸台宽度为1mm；②焊接厚度为3～6mm时，锁底厚度为4～5mm，锁底宽度为6～10mm；凸台高度为1mm、凸台宽度为1mm；③焊接厚度大于6mm时，锁底厚度为5～6mm，锁底宽度为8～12mm；凸台高度为1mm、凸台宽度为1.5mm；法兰盘的焊接面直径比图纸标注的尺寸增加1mm，留出修配加工的余量；以顶盖的中心孔为基准，配车法兰盘外径，控制法兰盘外径与顶盖之间保持0.05～0.1mm的过盈量以实现紧密装配；法兰盘的顶盖开孔满足的圆度指标；(2)焊接装配工装设计通过焊接装配工装依次将每个法兰盘与顶盖装配，焊接装配工装包括上顶斜面螺纹衬块、支撑架、上顶支撑座座、散热铜环；支撑架是焊接装配工装的主体结构，上顶斜面螺纹衬块通过螺钉固定在支撑架上，其斜面角度为法兰盘中心在椭球曲面顶盖上的法线角度α；上顶斜面螺纹衬块内部沿着和斜面垂直的方向加工内螺纹，内穿上顶螺栓，上顶螺栓的顶部是球头，球头和上顶支撑座底部中心的球形内凹面相吻合，在上顶螺栓旋转上顶的过程中，起到限位作用；上顶支撑底座固定在支撑架上，用于与法兰盘装配，上顶支撑底座的型面外径和设置锁底结构后的法兰盘的底部内径相匹配，采用法兰盘内径定位，控制法兰盘的中心和上顶螺栓的施力中心重合；在距离焊缝5mm的区域，安装散热铜环，起到焊接过程中的散热 作用；焊接装配工装通过上顶螺栓的上顶作用，将法兰盘与顶盖贴合压紧；(3)焊接过程工艺控制(3.1)椭球面顶盖法线方向焊接工艺将焊接面置于水平位置，焊接时，通过焊接设备转台，根据法兰盘中心在椭球曲面顶盖上的法线角度α调整顶盖的倾斜角度，控制焊接面置于水平位置；法兰盘中心和顶盖轴线中心距离为500mm时，α角为11°6′；法兰盘中心和顶盖轴线中心距离为480mm时，α角为10°38′；(3.2)焊接工艺参数控制电子束焊接参数采用沿接头横向锯齿波扫描焊接的方法，锯齿波的扫描幅值A＝1mm，频率为700Hz，焊接电流为20～25mA、电子束高压为80kv，焊接速度为1m/min；焊接时，采用焊接轨迹插补编程，先进行定位焊，防止焊接变形；然后进行弥缝焊，消除焊接间隙和错边对接头质量的影响；最后进行正式焊。