[发明专利]一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法

摘要

本发明涉及一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，涉及焊接技术领域。该方法使用真空电子束能量集中、密度高、熔深大、热输入小等优点，可实现3D打印GH3536高温合金材料的焊接，焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到国家军用标准GJB1718A‑2005《电子束焊接》Ⅰ级要求。 1

主权项

1.一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接的试件在焊接面10mm内均进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；

第二步、焊前准备：将待焊接试件进行吹砂处理，吹砂后待试件焊接前8h以内采用不锈钢丝刷将待焊部位内外表面距离对焊面10mm范围进行打磨，使其露出金属光泽，且不破坏对接尖角，最后采用丙酮或者无水乙醇擦拭干净，去除零件表面油污、非金属杂质；

第三步、装配：使用工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两焊接试件焊接面间隙不大于0.1mm，错边不大于0.1mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边均不大于0.15mm；

第四步、氩弧焊定位焊：采用手工氩弧焊对零件进行定位焊，定位焊时对焊缝正反面通氩气进行保护，定位焊后采用不锈钢丝刷对定位焊点进行打磨，然后采用白稠布蘸丙酮或者无水乙醇擦拭干净；

第五步：电子束焊接；

第六步：焊后质量检查。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步具体包括：

1)采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具放置在焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度优于1×10^‑5mbar，真空室真空度优于7×10^‑4mbar后开始焊接；

2)电子束定位焊：真空度满足要求后，先采用电子束流找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置，然后对待焊接试件进行定位焊，定位焊长度约5mm～10mm，间距20mm～30mm；

定位焊工艺参数：

加速电压：U_b＝140kV

聚焦电流：Ic＝1955mA‑1965mA

电子束流：Ib＝3mA‑6mA

焊接速度：V＝7mm/s

偏摆：X＝1.0mm；Y＝0mm

3)正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时起弧为100°～120°、熄弧距离均为180°～200°，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；

正式焊工艺参数：

加速电压：U_b＝140kV

聚焦电流：Ic＝1955mA‑1965mA

电子束流：Ib＝24mA‑26mA

焊接速度：V＝13mm/s

偏摆：X＝0.5mm；Y＝0.5mm

扫描频率f＝200Hz

4)修饰焊：修饰焊视焊缝表面成形情况进行，若表面不存在超过0.2mm的凹陷，则不进行修饰焊；若焊缝表面超过半圈存在大于0.2mm的凹陷，则正式焊接后对焊缝进行修饰焊，修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊接时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；

修饰焊工艺参数：

加速电压：U_b＝140kV

聚焦电流：Ic＝2015mA‑2025mA

电子束流：Ib＝12mA‑14mA

焊接速度：V＝13mm/s

偏摆：X＝1.0mm‑1.5mm；Y＝1.0mm‑1.5mm

扫描频率f＝200Hz

5)焊后将试件在电子束真空舱内冷却10min～15min后再打开真空舱门，待试件完全冷却后松开夹具取出试件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第六步具体包括：

1)焊后采用目视或借助于10倍以下放大镜对电子束焊缝进行外观质量检查，保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬边、凹陷缺陷；

2)焊后采用X射线对电子束焊缝进行无损检测，焊缝质量满足GJB1718A‑2005中I级焊缝要求；

3)对电子束焊缝制取常温拉伸试件，进行接头常温拉伸力学性能测试，焊缝常温拉伸强度达到母材的90％以上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步中定位焊时，氩气流量为10L/min～15L/min，焊丝为HGH536，直径为Ф1.6，焊接电流30A～50A，定位焊点3至4处。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待焊接的试件管道壁厚为7mm。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待焊接的试件管道直径为Ф69。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述电子束焊接的接头形式为锁底对接形式。