一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于焊接技術領域，具體涉及到一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊 接方法。
【背景技術】
[0002] 35CrMnSi鋼屬于中碳調質鋼，35CrMnSi鋼的碳當量較高，焊接冷裂傾向大，同時 對熱的敏感性、脆硬傾向非常強，對熱量的輸入要求非常嚴格，焊接工藝參數范圍窄，產生 熱裂紋傾向大，焊接質量的控制難度很大。
[0003] 目前對35CrMnSi鋼常用的焊接方法主要有TIG、MIG和MAG等，這些焊接方式的 熱輸入相對較大，焊接變形較大，焊縫組織粗大，焊接質量不佳，特別是大厚度的35CrMnSi 鋼，需要開坡口進行多層多道焊，焊接效率低，接頭綜合性能不良。
[0004] 陳國慶等人針對2mm厚的35CrMnSi鋼進行了真空電子束焊接，獲得了無冶金缺陷 的焊接接頭，并對接頭組織與性能進行了研宄（陳國慶，張秉剛，王振兵，等.真空電子束焊 接35CrMnSi鋼[J].焊接學報，2011，32(9) :33-36.)，該研宄主要針對2mm厚的35CrMnSi 薄板，對于大于5mm厚的35CrMnSi鋼并不適用。
[0005] 截至目前，針對20~150mm大厚度35CrMnSi鋼的電子束焊接方法未見相關報道。
【發明內容】
[0006] 為解決上述問題，本發明提供了一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法， 該方法利用電子束焊接具有的穿透能力強、熱輸入量小、焊接速度快、真空條件下焊縫純凈 度高、焊縫及熱影響區組織相比電弧焊細小、焊接變形與殘余應力小等特點，可以將20~ 150mm厚度的35CrMnSi鋼實施焊接，焊接效率高，焊接性能穩定，保障焊接質量。
[0007] 為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] 一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚在20~ 150mm范圍的35CrMnSi鋼，該35CrMnSi鋼或是板材，或是鑄件，或是鍛件，本發明的特征如 下：
[0009]先將兩待焊35CrMnSi鋼的待焊面分別進行機械打磨，機械打磨后再用丙酮、酒精 以及超聲波對其待焊面進行去除油污，干燥后備用；
[0010] 將上述干燥備用的兩待焊35CrMnSi鋼置于真空室中，通過夾具調整兩待焊 35CrMnSi鋼的焊接間距，所述焊接間距控制在0. 2mm內，將電子束準確對準所述焊接間距 任一端的中點，然后對真空室實施抽真空，真空室的抽真空度控制在l(T2Pa~l(T 3Pa ;
[0011] 先采用聚焦電子束對所述焊接間距實施普焊，此時聚焦電子束的加速電壓控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦電子束的束流控制在30~200mA，聚焦電子 束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，聚焦電子束的離焦量為 0,該普焊從所述焊接間距的任一端到其另一端為止；
[0012] 再采用散焦電子束對所述焊接間距實施修飾焊，此時散焦電子束的加速電壓控制 在150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦電子束的束流控制在20~30mA，散焦電 子束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，散焦電子束的離焦量 控制在0. 3~0. 8mm，所述修飾焊從所述焊接間距的另一端到其任一端為止，至此完成兩待 焊35CrMnSi鋼的真空電子束焊接；
[0013] 真空條件下電子束焊接完成后，將焊好的35CrMnSi鋼放在真空室中自然冷卻 lOmin，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi鋼即可，并對焊縫接頭取樣并進行 強度檢測，要求焊縫接頭的強度系數多0. 90。
[0014] 由于采用如上所述技術方案，本發明產生如下積極效果：
[0015] 1、本發明無論是采用聚焦電子束焊接還是采用散焦電子束焊接，其電子束的能量 集中、熱輸入小、穿透能力強、能量轉化率高、可控性好，使得整個焊接過程時間縮短、熱影 響區減小，焊縫質量滿足GJB 1718-2005 I級要求。
[0016] 2、本發明的電子束焊接過程是在真空室內進行的，真空室的抽真空可以有效避免 大氣中的有害氣體對焊縫的影響，有效提高焊縫的結合強度。
[0017] 3、本發明的電子束焊接可實現待焊面不開坡口的單面焊雙面成形過程，焊接效率 顯著提高，避免現有技術中多層多道焊接造成的焊縫性能及質量下降問題。
[0018] 4、本發明的電子束焊接，其焊熱輸入量小，焊接變形小，能有效控制35CrMnSi鋼 的焊接制造精度。
【具體實施方式】
[0019] 本發明是一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚 在20~150mm范圍的35CrMnSi鋼，該35CrMnSi鋼或是板材，或是鑄件，或是鍛件。
[0020] 本發明先將兩待焊35CrMnSi鋼的待焊面分別進行機械打磨，機械打磨后再用丙 酮、酒精以及超聲波對其待焊面進行去除油污，干燥后備用。
[0021] 將上述干燥備用的兩待焊35CrMnSi鋼置于真空室中，通過夾具調整兩待焊 35CrMnSi鋼的焊接間距，所述焊接間距控制在2mm內，將電子束準確對準所述焊接間距任 一端的中點，然后對真空室實施抽真空，真空室的抽真空度控制在l(T 2Pa~10_3Pa。
[0022] 先采用聚焦電子束對所述焊接間距實施普焊，此時聚焦電子束的加速電壓控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦電子束的束流控制在30~200mA，聚焦電子 束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，聚焦電子束的離焦量為 0,該普焊從所述焊接間距的任一端到其另一端為止；
[0023] 再采用散焦電子束對所述焊接間距實施修飾焊，此時散焦電子束的加速電壓控制 在150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦電子束的束流控制在20~30mA，散焦電 子束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，散焦電子束的離焦量 控制在0. 3~0. 8mm，所述修飾焊從所述焊接間距的另一端到其任一端為止，至此完成兩待 焊35CrMnSi鋼的真空電子束焊接；
[0024] 電子束在普焊過程中會存在焊接表面下塌缺陷，而修飾焊則可以修補下塌缺陷， 使焊接表面更加平滑光整，無論普焊還是修飾焊均不填加其它焊接材料。
[0025] 真空條件下電子束焊接完成后，將焊好的35CrMnSi鋼放在真空室中自然冷卻 lOmin，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi鋼即可，并對焊縫接頭取樣并進行 強度檢測，要求焊縫接頭的強度系數多0. 90。
[0026] 在本發明中，電子束焊接的熱輸入量小，焊接速度快，在真空條件下焊縫的純凈度 高，焊縫及熱影響區組織相比普通電弧焊細小，焊接變形與殘余應力小，相對鎢極氬弧焊接 的性能對比見下表。
[0028] 以兩塊尺寸為300 X 150 X 25mm的35CrMnSi鋼板對接焊為例，其焊接效率見下表。
[0030] 上述兩表充分說明：本發明在抗拉強度平均值、延伸率平均值、強度系數及焊接效 率上明顯優于鎢極氬弧焊接。
【主權項】
1. 一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法，所述大厚度是指壁厚在20~ 150mm范圍的35CrMnSi鋼，該35CrMnSi鋼或是板材，或是鑄件，或是鍛件，其特征是： 先將兩待焊35CrMnSi鋼的待焊面分別進行機械打磨，機械打磨后再用丙酮、酒精以及 超聲波對其待焊面進行去除油污，干燥后備用； 將上述干燥備用的兩待焊35CrMnSi鋼置于真空室中，通過夾具調整兩待焊35CrMnSi鋼的焊接間距，所述焊接間距控制在〇. 2mm內，將電子束準確對準所述焊接間距任一端的 中點，然后對真空室實施抽真空，真空室的抽真空度控制在KT2Pa~KT3Pa; 先采用聚焦電子束對所述焊接間距實施普焊，此時聚焦電子束的加速電壓控制在 150KV，焊接速度控制在200~800mm/min，聚焦電子束的束流控制在30~200mA，聚焦電子 束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，聚焦電子束的離焦量為 〇mm，該普焊從所述焊接間距的任一端到其另一端為止； 再采用散焦電子束對所述焊接間距實施修飾焊，此時散焦電子束的加速電壓控制在 150KV，焊接速度控制在250~350mm/min，散焦電子束的束流控制在20~30mA，散焦電子 束槍口距兩待焊35CrMnSi鋼表面的垂直距離控制在500~1300mm，散焦電子束的離焦量控 制在0. 3~0. 8mm，所述修飾焊從所述焊接間距的另一端到其任一端為止，至此完成兩待焊 35CrMnSi鋼的真空電子束焊接； 真空條件下電子束焊接完成后，將焊好的35CrMnSi鋼放在真空室中自然冷卻lOmin， 之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi鋼即可，并對焊縫接頭取樣并進行強度檢 測，要求焊縫接頭的強度系數多〇. 90。
【專利摘要】一種大厚度35CrMnSi鋼的真空電子束焊接方法，將20～150mm厚的兩待焊35CrMnSi鋼機械打磨并放進真空室，真空室的抽真空度控制在10-2Pa～10-3Pa，兩待焊35CrMnSi鋼的焊接間距控制在0.2mm內，先采用聚焦電子束對焊接間距實施普焊，再采用散焦電子束對焊接間距實施修飾焊，真空條件下電子束焊接完成后，將焊好的35CrMnSi鋼放在真空室中自然冷卻10min，之后去除真空室的真空度，取出焊好的35CrMnSi鋼即可，焊縫質量滿足GJB 1718-2005I級要求，可實現待焊面不開坡口的單面焊雙面成形過程，焊接效率顯著提高，焊熱輸入量小，焊接變形小，能有效控制焊接精度。
【IPC分類】B23K15/06, B23K103/04, B23K101/16
【公開號】CN104907685
【申請號】CN201510301960
【發明人】熊進輝, 耿永亮, 安飛鵬
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月4日