一種變厚度zl114a鋁合金的真空電子束焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種飛行器進氣道，具體涉及一種高超聲速內轉進氣道。
【背景技術】
[0002]ZL114A鋁合金由于良好的鑄造性能、較好的耐蝕性、氣密性和高強度，被廣泛地應用于航空航天領域。在實際生產中，常常需要在ZL114A鋁合金件間進行焊接，以實現產品設計要求。
[0003]目前對ZL114A鋁合金的焊接主要有氬弧焊和激光焊。使用傳統的氬弧焊，很難保證變厚度區焊縫成形一致，并且在厚度較大的區域通常需要開坡口，進行多層多道焊，焊接熱輸入大、焊接變形大。使用激光焊，由于鋁合金自身的高反射性，通常焊縫熔深有限，無法實現大厚度區域的焊接，且易產生氣孔。真空電子束能量集中、熱輸入小、可實現不同厚度ZL114A的焊接，焊縫質量優良。因此，使用真空電子束焊接變厚度ZL114A具有明顯的優勢。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，該方法利于電子束焊接穿透能力強、熱輸入小、焊接變形與殘余應力小等特點，可以將4?32mm厚度的ZL114A鋁合金實施焊接，焊接性能穩定。
[0005]本發明是這樣實現的，一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，它包括以下步驟，
[0006]步驟1:焊前準備:將待焊件進行酸洗、機械打磨，并使用丙酮擦拭干凈；
[0007]步驟2:裝配:使用夾具、工裝裝配待焊件，保證裝配位置正確，兩焊接件面間距不超過0.2_，錯邊不大于0.2mm ；
[0008]步驟3:電子束焊接；
[0009]步驟4;焊后質量檢查。
[0010]所述的步驟3包括，
[0011 ]步驟3.1:將待焊件及工裝吊裝置于電子束焊機平臺上并進行固定，調整轉軸至待焊接面與工作臺平行，將電子束對準待焊接件間距中心位置，進行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa;
[0012]步驟3.2:真空度滿足焊接要求后使用小電子束流(2?5mA)對焊接軌跡進行示教，調整NC程序參數，保證電子束斑點始終位于焊縫中間位置。示教完成后進行定位焊接，定位焊焊縫長度10?20mm，通過工作臺平移或轉臺的旋轉來完成；
[0013]步驟3.3對焊縫進行正式焊接，正式焊接使用階梯起弧的方式，焊接電流在起弧5?10_后達到正式焊接電流，焊接完成后使用階梯收弧的方式，在10?20_內完成熄弧；
[0014]步驟3.4對焊縫進行修飾焊接。修飾焊使用與正式焊一致的起收弧方式，并通過加掃描的電子束流來完成焊接。
[0015]所述的步驟4包括，
[0016]步驟4.1:焊后對電子束焊縫進行外觀檢查，保證焊縫表面無裂紋、咬邊、凹陷、焊瘤等缺陷；
[0017]步驟4.2:焊后對電子束焊縫質量乂光無損檢測，焊縫質量滿足6見17184-2005《電子束焊接》I級焊縫要求；
[0018]步驟4.3:對焊接接頭取樣，進行接頭力學性能測試，強度不低于基體材料的80%。
[0019]本發明的優點是，1.使用真空電子束焊接能量集中、熱輸入小、熱影響區小、焊接變形小、焊接效率高、性能穩定;2.在正式焊和修飾焊中使用階梯收弧和起弧的方式，可避免在焊縫起弧、收弧段形成凸起和凹坑;3.修飾焊使用加掃描的電子束流，可以有效的的消除焊接過程中產生的氣孔，獲得良好的焊縫內部質量及外觀質量。
【附圖說明】
[0020]圖1為復雜變厚度型腔結構工件對接面示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細介紹:
[0022]以復雜變厚度型腔結構工件為例，其對接面如附圖1所示，工件材料為ZL114A。在焊接過程中對接平面及內弧面均存在變厚度區域，空腔部分壁厚為8mm，整體結構壁厚4?32mm0
[0023]1.平面焊接實施方案如下:
[0024]步驟1:焊前準備:
[0025]將待焊接件進行酸洗，去除表面氧化物，酸洗后在50?80°C下烘干20?30min，酸洗完成后機械打磨焊接區域至呈光亮金屬光澤，并使用丙酮擦拭干凈。
[0026]步驟2:裝配:
[0027]使用夾具、工裝裝配待焊件，保證裝配位置正確，兩焊接件面間距不超過0.2mm，錯邊不大于0.2mm。
[0028]步驟3:平面電子束焊接方案
[0029]步驟3.1:將待焊件及工裝吊裝置于電子束焊機平臺上并進行固定，調整轉軸至待焊接面與工作臺平行。將電子束對準待焊接件間距中心位置，進行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa。
[0030]步驟3.2:真空度滿足焊接要求后使用小電子束流(2?5mA)對焊接軌跡進行示教，調整NC程序參數，保證電子束斑點始終位于焊縫中間位置。示教完成后進行定位焊接。定位焊焊縫長度10?20mm，通過工作臺平移來完成。
[0031]定位焊工藝參數:
[0032]加速電壓U = 50kV;
[0033]聚焦電流1 = 1760mA;
[0034]電子束流Ib = 20 ?40mA;
[0035]焊接速度V=1000mm/min。
[0036]步驟3.3:對焊縫進行正式焊接，正式焊接使用階梯起弧的方式，焊接電流在起弧5?10_后達到正式焊接電流，焊接完成后使用階梯收弧的方式，在10?20_內完成熄弧。
[0037]正式焊工藝參數:
[0038]加速電壓U = 50kV;
[0039]聚焦電流1 = 1720mA;
[0040]電子束流Ib = 25 ?130mA;
[0041]焊接速度V=1000mm/min。
[0042]步驟3.4:對焊縫進行修飾焊接。修飾焊使用與正式焊一致的起收弧方式，并通過加掃描的電子束流來完成焊接。
[0043]修飾焊工藝參數:
[0044]加速電壓U = 40?60kV;
[0045]聚焦電流1 = 1800mA;
[0046]電子束流Ib = 30 ?80mA;
[0047]焊接速度V=1000mm/min;
[0048]掃描方式:雙余弦；
[0049]掃描幅值VX = 2mm，VY = 2mm;
[0050]掃描頻率f = 200Hz。
[0051 ]步驟4;焊后質量檢查
[0052]步驟4.1:焊后對電子束焊縫進行外觀檢查，保證焊縫表面無裂紋、咬邊、凹陷、焊瘤等缺陷。
[0053]步驟4.2:焊后對電子束焊縫質量乂光無損檢測，焊縫質量滿足6見17184-2005《電子束焊接》I級焊縫要求。
[0054]步驟4.3:對焊接接頭取樣，進行接頭力學性能測試，強度不低于基體材料的80%。
[0055]2.內弧面焊接具體實施方案:
[0056]步驟1:焊前準備:
[0057]將待焊接件進行酸洗，去除表面氧化物，酸洗后在50?80°C下烘干20?30min，酸洗完成后機械打磨焊接區域至呈光亮金屬光澤，并使用丙酮擦拭干凈。
[0058]步驟2:裝配:
[0059]使用夾具、工裝裝配待焊件，保證裝配位置正確，兩焊接件面間距不超過0.2mm，錯邊不大于0.2mm。
[0060]步驟3:電子束焊接
[0061 ]步驟3.1:將待焊件及工裝吊裝置于電子束焊機平臺上并進行固定，調整轉軸至待焊接面與工作臺平行。將電子束對準待焊接件間距中心位置，進行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa。
[0062]步驟3.2:真空度滿足焊接要求后使用小電子束流(2?5mA)對焊接軌跡進行示教，調整NC程序參數，保證電子束斑點始終位于焊縫中間位置。示教完成后進行定位焊接。定位焊焊縫長度10?20mm，通過轉臺的旋轉來完成。
[0063]定位焊工藝參數:
[0064]加速電壓U = 60kV;
[0065]聚焦電流1 = 1760mA;
[0066]電子束流Ib = 20 ?40mA;
[0067]焊接速度V=1000mm/min。
[0068]步驟3.3:對焊縫進行正式焊接，正式焊接使用階梯起弧的方式，焊接電流在起弧5?10_后達到正式焊接電流，焊接完成后使用階梯收弧的方式，在10?20_內完成熄弧。
[0069]正式焊工藝參數:
[0070]加速電壓U = 60kV;
[0071]聚焦電流1 = 1720mA;
[0072]電子束流Ib = 45 ?95mA;
[0073]焊接速度V=1000mm/min。
[0074]步驟3.4:對焊縫進行修飾焊接。修飾焊使用與正式焊一致的起收弧方式，并通過加掃描的電子束流來完成焊接。
[0075]修飾焊工藝參數:
[0076]加速電壓U = 40?60kV;
[0077]聚焦電流1 = 1800mA;
[0078]電子束流Ib = 50 ?60mA;
[0079]焊接速度V=1000mm/min;
[0080]掃描方式:雙余弦；
[0081]掃描幅值VX = 2mm，VY = 2mm;
[0082]掃描頻率f = 200Hz。
[0083]步驟4;焊后質量檢查
[0084]步驟4.1:焊后對電子束焊縫進行外觀檢查，保證焊縫表面無裂紋、咬邊、凹陷、焊瘤等缺陷。
[0085]步驟4.2:焊后對電子束焊縫質量乂光無損檢測，焊縫質量滿足6見17184-2005《電子束焊接》I級焊縫要求。
[0086]步驟4.3:對焊接接頭取樣，進行接頭力學性能測試，強度不低于基體材料的80%。
[0087]以上所述僅為本發明的較佳可行實例，并非局限本發明的專利范圍，故凡是運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，其特征在于:它包括以下步驟， 步驟1:焊前準備:將待焊件進行酸洗、機械打磨，并使用丙酮擦拭干凈； 步驟2:裝配:使用夾具、工裝裝配待焊件，保證裝配位置正確，兩焊接件面間距不超過0.2mm，錯邊不大于0.2mm； 步驟3:電子束焊接； 步驟4;焊后質量檢查。2.如權利要求1所述的一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，其特征在于:所述的步驟3包括， 步驟3.1:將待焊件及工裝吊裝置于電子束焊機平臺上并進行固定，調整轉軸至待焊接面與工作臺平行，將電子束對準待焊接件間距中心位置，進行抽真空，真空室真空度控制在2?7X10-2Pa; 步驟3.2:真空度滿足焊接要求后使用小電子束流(2?5mA)對焊接軌跡進行示教，調整NC程序參數，保證電子束斑點始終位于焊縫中間位置。示教完成后進行定位焊接，定位焊焊縫長度10?20mm，通過工作臺平移或轉臺的旋轉來完成； 步驟3.3對焊縫進行正式焊接，正式焊接使用階梯起弧的方式，焊接電流在起弧5?10_后達到正式焊接電流，焊接完成后使用階梯收弧的方式，在10?20_內完成熄弧； 步驟3.4對焊縫進行修飾焊接。修飾焊使用與正式焊一致的起收弧方式，并通過加掃描的電子束流來完成焊接。3.如權利要求1所述的一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，其特征在于:所述的步驟4包括， 步驟4.1:焊后對電子束焊縫進行外觀檢查，保證焊縫表面無裂紋、咬邊、凹陷、焊瘤等缺陷； 步驟4.2:焊后對電子束焊縫質量乂光無損檢測，焊縫質量滿足6見17184-2005《電子束焊接》I級焊縫要求； 步驟4.3:對焊接接頭取樣，進行接頭力學性能測試，強度不低于基體材料的80 %。
【專利摘要】本發明屬于一種變厚度ZL114A鋁合金的真空電子束焊接方法，將4～32mm厚度的ZL114A鋁合金待焊件進行酸洗、機械打磨后放入真空室抽真空，真空度控制在2～7×10-2Pa，分別進行定位焊、正式焊、修飾焊。正式焊及修飾焊使用階梯起弧和階梯收弧，修飾焊使用加掃描的電子束流。該方法的優點是可以有效避免焊接氣孔出現，焊縫接頭美觀、成形良好，焊縫綜合性能良好。
【IPC分類】B23K15/06
【公開號】CN105436688
【申請號】CN201510962000
【發明人】張鑫, 李宏偉, 王波, 曲宏韜
【申請人】北京航星機器制造有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月21日