CN109664014A - 一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，属于焊接技术领域。通过在电子束焊接中加入圆波形的扫描函数以及对其他焊接参数优化，改善了焊缝形貌，提升了参数裕度。零件在焊接过程中为批量生产，原工艺会因为设备的波动、灯丝的使用时间增长及零件装配质量间隙不好，而产生钉尖缺陷、气孔的焊接缺陷，而参数裕度的提升，能够很大程度减少因上述原因带来的焊接缺陷。与常规参数相比，优化后的参数提升了焊缝的最小焊接宽度，有助于提升焊接质量，减少了因参数问题导致的质量问题，提高了零件的焊接一次合格率，减少了因零件返修补焊的成本。

Description

一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法。
背景技术
在现代的燃气轮机中，有较多的防喘室壳体、燃烧室外壳、进气联结短管等壳体类零件。零件一般由法兰安装边、圆筒等零件通过电子束焊接而成，零件直径尺寸较大，焊缝距离安装边轴向尺寸较小，同时由于零件结构因素影响，焊接夹具不能有效的控制零件翘曲变形。导致焊后安装边翘曲严重，最大翘曲量约3.0mm，无法满足焊后机械加工要求。如图1所示的壳体类零件，由法兰安装边、圆筒等零件通过电子束焊接而成，共有两条环形电子束焊缝。壳体类零组件多采用真空电子束焊接工艺进行连接，焊缝质量较为可靠。但是由于电子束焊接的特点，一般电子束焊缝的金相分析形貌一般为图2、图3、图4所示的钉形、漏斗形、楔形，焊接组织梯度不均匀性较大，造成了零件的翘曲变形。
并且在批量生产中，现有的工艺参数由于裕度较小，在设备的波动、灯丝的使用时间增长及零件装配质量间隙不好时会产生钉尖缺陷、气孔等焊接缺陷，影响焊接质量，增加了返修补焊的成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，通过增加圆波形的扫描函数以及对焊接参数的优化，减少焊接缺陷，改变焊缝的形貌，进而减小焊接翘曲变形。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，在进行电子束焊接时，在确定工作距离、焊接电压和聚焦电流的基础上，增加E1圆波形的扫描函数，并通过调节焊接速度和焊接电流，实现焊接参数的优化；
E1圆波形的扫描函数包括：平行于焊缝方向的幅值Vx、垂直于焊缝方向的幅值Vy和扫描频率SF，其中，Vx＝Vy＝1.0～2.0，SF≤500Hz。
优选地，焊接速度为14mm/s，焊接电流为21～40mA，聚焦电流为1500～2500mA，焊接电压为150kV。
优选地，电子束焊接采用穿透焊接工艺。
优选地，壳体类零件为防喘室壳体、燃烧室外壳或进气连接短管。
优选地，壳体类零件的材质为不锈钢或高温合金。
优选地，壳体类零件的最大直径为：300～1000mm。
优选地，壳体类零件的厚度为5～20mm。
优选地，待焊接接头的对接间隙≤0.05mm。
优选地，待焊接的壳体类零件材料为1Cr18Ni9Ti，接头厚度为8mm，焊接参数设定如下：工作距离518mm，焊接电压150kV，焊接电流32±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2100±10mA，扫描频率SF＝500Hz，Vx＝2.0，Vy＝2.0。
优选地，电子束焊接得到的焊缝形貌为钟罩形。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，通过在电子束焊接中加入圆波形的扫描函数以及对其他焊接参数优化，改善了焊缝形貌，提升了参数裕度。零件在焊接过程中为批量生产，原工艺会因为设备的波动、灯丝的使用时间增长及零件装配质量间隙不好，而产生钉尖缺陷、气孔等焊接缺陷，而参数裕度的提升，能够很大程度减少因上述原因带来的焊接缺陷。与常规参数相比，优化后的参数提升了焊缝的最小焊接宽度，有助于提升焊接质量，减少了因参数导致的质量问题，提高了零件的焊接一次合格率，减少了因零件返修补焊的成本，并且减小了零件的焊接翘曲变形，能够满足焊后机械加工的要求。
进一步地，优化后的参数适用于材质为不锈钢材料和高温合金的防喘室壳体、燃烧室外壳或进气连接短管等壳体类零件，各项参数的数值范围，能够达到理想的焊接效果。
进一步地，电子束焊接采用穿透焊接工艺，一方面是钟罩形焊缝形貌形成的必要条件，另一方面可以避免钉尖缺陷、气孔、未熔合等焊接缺陷。
进一步地，电子束焊接得到的焊缝形貌为钟罩形，与常规焊接得到的钉件状、楔形、漏斗形的焊缝形貌相比，钟罩形焊缝的形状接近于平行焊缝，使焊缝组织梯度不均匀性有所改善，使壳体类零件安装边翘曲变形量得到了控制，由大约3.0mm减少为不到1.0mm左右。
附图说明
图1为壳体类零件的结构示意图；
图2为优化前的参数焊接得到的钉形焊缝的形貌图；
图3为优化前的参数焊接得到的漏斗形焊缝的形貌图；
图4为优化前的参数焊接得到的楔形焊缝的形貌图；
图5为本发明优化后的参数焊接得到的钟罩形焊缝的形貌图；
图6为本发明的实施例1得到的钟罩形焊缝的外观图；
图中：1为圆筒；2为法兰；3为电子束焊缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开了一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，适用于材质为1Cr18Ni9Ti、1Cr12Ni3MoVN等不锈钢材料和GH4169等高温合金的防喘室壳体、燃烧室外壳或进气连接短管等壳体类零件。零件的规格一般为：最大直径：300～1000mm，厚度5～20mm。待焊接的零件的接头处在焊接前进行相应的打磨及清洗工序，焊接接头的对接间隙一般≤0.05mm。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的解释，所做是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
待焊接零件的材料为1Cr18Ni9Ti，接头厚度为8mm，焊接参数设定如下：工作距离518mm，焊接电压150kV，焊接电流32±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2100±10mA，扫描频率500Hz，Vx＝2.0，Vy＝2.0。然后采用穿透焊接工艺进行焊接。
实施例2：
待焊接零件的材料为1Cr18Ni9Ti，接头厚度为5mm，焊接参数设定如下：工作距离518mm，焊接电压150kV，焊接电流21±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2100±10mA，扫描频率300Hz，Vx＝1.0，Vy＝1.0。然后采用穿透焊接工艺进行焊接。
实施例3：
待焊接零件的材料为1Cr12Ni3MoVN，接头厚度为11mm，焊接参数设定如下：工作距离671mm，焊接电压150kV，焊接电流37±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2040±10mA，扫描频率200Hz，Vx＝1.0，Vy＝1.0。然后采用穿透焊接工艺进行焊接。
实施例4：
待焊接零件的材料为GH4169，接头厚度为20mm，焊接参数设定如下：工作距离650mm，焊接电压150kV，焊接电流40±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2070±10mA，扫描频率500Hz，Vx＝2.0，Vy＝2.0。然后采用穿透焊接工艺进行焊接。
对比例：
待焊接零件的材料为1Cr18Ni9Ti，接头厚度为8mm，焊接参数设定如下：工作距离518mm，焊接电压150kV，焊接电流16±5mA，焊接速度18mm/s，聚焦电流2100±10mA，不设置圆函数。然后采用穿透焊接工艺进行焊接。
对比例为优化前的原焊接工艺参数，与实施例1的优化后的参数对比见表1，实施例1增加了E1圆波形的扫描函数，并减小了焊接速度、增大了焊接电流。经检测，对比例产生的翘曲变形量约为2.98mm。实施例1得到的焊缝外观如图6所示的钟罩形，产生的翘曲变形量约为1.02mm。经验证，使用本发明优化后的参数进行焊接得到的钟罩形焊缝的形状接近于平行焊缝，如图5，焊缝的组织梯度不均匀性有所改善，使壳体类零件安装边翘曲变形量得到了控制，由大约3.0mm减少为不到1.0mm，减小了零件的焊接翘曲变形，能够满足焊后机械加工的要求，适合大规模的工业化生产。
表1原焊接工艺参数与优化后的参数对比表

Claims (10)

1.一种减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，进行电子束焊接时，在确定工作距离、焊接电压和聚焦电流的基础上，增加E1圆波形的扫描函数，并通过调节焊接速度和焊接电流，实现焊接参数的优化；
E1圆波形的扫描函数包括：平行于焊缝方向的幅值Vx、垂直于焊缝方向的幅值Vy和扫描频率SF，其中，Vx＝Vy＝1.0～2.0，SF≤500Hz。
2.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，焊接速度为14mm/s，焊接电流为21～40mA，聚焦电流为1500～2500mA，焊接电压为150kV。
3.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，电子束焊接采用穿透焊接工艺。
4.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，壳体类零件为防喘室壳体、燃烧室外壳或进气连接短管。
5.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，壳体类零件的材质为不锈钢或高温合金。
6.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，壳体类零件的最大直径为：300～1000mm。
7.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，壳体类零件的厚度为5～20mm。
8.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，待焊接接头的对接间隙≤0.05mm。
9.根据权利要求1所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，待焊接的壳体类零件材料为1Cr18Ni9Ti，接头厚度为8mm，焊接参数设定如下：工作距离518mm，焊接电压150kV，焊接电流32±5mA，焊接速度14mm/s，聚焦电流2100±10mA，扫描频率SF＝500Hz，Vx＝2.0，Vy＝2.0。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的减少壳体类零件电子束焊接变形的工艺方法，其特征在于，电子束焊接得到的焊缝形貌为钟罩形。
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