大型真空高压电子束焊机的焊接适用性研究

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1、钐论坛、j一二／t陂勃‘大型真空高压电子束焊机的焊接适用性研究高峰，常荣辉，刘艳梅，都强(航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司，沈阳110850)[摘要】针对大型高压电子柬焊机在多种材料、多种结构上的应用展开论述。从工艺、机械性能及微观组织方面进行系统性的分析。试验结果表明：高压电子束焊接在多种材料和结构上的应用有着明显优势；改变热处理机制可以有效调节电子柬焊缝的性能。关键词：高压电子束焊；机械性能；微观组织DOI：10．16080／j．issnl67l一833x．2017．12．048高峰工程师，主要从事焊接及相关热加工工艺技术工作，主要研究方向为电子束焊接、自动氩弧焊接及潜弧焊接等焊接加

2、工工艺。48航空制造技术·2017年第12期在现代航空航天领域内，越来越多的新材料、新结构被采用，尤其是更多的大厚度、新材料、复杂结构焊接件的设计应用，促进了焊接科学技术的快速发展。近几年，国际上在焊接大尺寸、大厚度或尺寸较精密的复杂结构件时，采用了先进的真空电子束等高能束流焊接方法。这种先进的高能束流焊接工艺以其可达性好、焊缝的化学成分稳定且纯净、接头强度高、焊接热变形小等优点[1-2]广泛应用于航空航天、电子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业，以及多种材料零件的生产之中，特别是在飞机结构件的制造中有着广泛的应用前景[3-7]。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加

3、热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以在工件上形成能量密度极高的电子束斑，动能转化为热能，形成“匙孑L效应”[8-zo]，使焊接处工件熔化。随着电子束的移动，形成新的小孑L，熔化的金属将原有的小孔填满，就好像小孔在工件上移动，从而实现对工件的焊接。试验设备本研究试验设备为高压电子束焊机ZDl50—30CCV65M。(高压70～150kV、束流1～200mA、功率30kW、真空室体积65m2)高压电子束焊接设备，基本构成为电子枪系统、真空泵系统、计算机操作平台和焊接室。电子枪内装有TV观察系统，电子枪真空系统采用涡轮分子泵。真空泵系统工作时使用两个独立的真空泵组，一个

4、低真空泵组和一个高真空泵组。焊接室内运动系统装备了5个数控运动轴，x轴：驱动滑架和工作台在工作室内x方向运动；Y轴：驱动工作台在工作室内】，方向运动；A／C轴：焊接环形焊缝的旋转驱动；B轴：倾翻台的驱动。§毓忒。删工艺试验1某盒型零件焊接工艺试验焊接工艺参数试验选取3mm厚TAl5试验件，用于确定3mm厚垂直角度和斜角度焊缝的焊接参数。某盒型零件，材料为TAl5钛合金，焊前内外型面均为净尺寸，对焊接要求很高；零件的焊缝中有斜对接接头，即对接边所在的平面与电子束流成一定的夹角，盒型零件接头上焊缝位置两侧还有竖起80ram高的耳片，耳片根部距焊缝位置仅有15mm左右，并要求单面焊双面成形，零件的

5、可达性很差，传统焊接手段很难实现该零件焊接。从工艺方法上采用了电子束流偏移方法，即一条焊缝分不同位置的二次焊接，最终实现单面焊双面成型。表1为盒型件高压电子束焊接工艺参数。按照确定的工艺参数对试件进行焊接，焊接过程中熔池成形稳定，无明显飞溅，焊接工艺性优良，焊后零件试件如图1所示。经外观检查，试件焊缝全部焊透，焊缝成形良好，外观检查符合要求，经测量最终控制焊缝收缩量为0．18～0．40ram。近1．2m的不规则盒型零件8道纵横交错的焊缝变形在0．4ram以内。焊后对零件进行x光检查均符合文件规定的一级接头要求。2某杆类零件焊接工艺试验焊接工艺参数试验选取15ram厚TCl8试验件，用于确定该

6、杆类零接头厚度+．+／J八封焊3(直角度)焊接修饰封焊3(斜角度．恒+扛32．5。)焊坎修饰3(斜角封焊度小于焊接32·5。)修饰焊接速度／(111n1·s‘130’《203025203()2520件焊缝的焊接参数，并进行了焊接试件的质量检验和性能试验。经工艺试验后选定了两种焊接参数，见表2，该零件的实际尺寸接近2m，中间是空腔，构成空心杆结构，这个空心杆型零件对尺寸要求变形在O．5mm以内，钛合金易氧化，这么长的零件很难实现气体保护，同时采用传统T艺也很难在这么小的变形内实现焊接。图2、3分别是采用上述参数焊接的400mm模拟件和平板试片，可以看到，焊缝细窄、单面焊双面成型。对试件进行相关

7、的力学性能测试见表3。基体O'b=1030～1280MPa。从表3可见，采用电子束焊接的TCl8材料钛合金的拉伸强度几乎接近母材，屈服强度为拉伸强度的94％左右，强度很高，从数据中可以清楚看出采用双重退火相对于普通退火，可以一定程度加强焊缝热处理后的抗拉强度，焊后采用双重退火对强度增强更加明显，同时对延展率和收缩率有所降低，但同样可以满足该材料的使用需要。结合表4看出采用双重退火工艺可以有效减缓TCl8材料钛