钛合金贮箱薄壁壳体电子束焊接.pdf

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1、研究论文钛合金贮箱薄壁壳体电子束焊接陈志坚，晏飞(上海空间推进研究所，上海201112)【摘要]在研制大容积钛合金表面张力贮箱的过程中，由于受到焊接工装精度的限制，导致电子束焊缝缺陷，因此贮箱未达到设计爆破压力而发生破裂通过对焊缝断面的金相分析，改进了焊接前焊缝清洁措施，修改了焊接工艺参数，最终解决了大直径薄壁钛合金壳体的焊接质量问题关键词：钛合金贮箱；大直径薄壁壳体；电子柬焊接ElectronBeamWeldingofTitaniumAlloyThin-WalledShellforPropellantTanksCHENZhiiian

2、．YANFei(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai201I12，China)【ABSTRACT】Inthedevelopmentprocessofthelargevolumetitaniumalloysurfacetensiontank，duetoweldingtool—ingprecisionlimit，resultinginelectionbeamweldingdefects，SOthetankdoesnotmeetthedesignburstpressureandfails．B

3、ymeansoftheweldcrosssectionanalysis，theweldingseamcleaningmeasuresareimproved，theweldingprocessparametersaremodified，andtheweldingqualityproblemoflargediameterandthin—walledtitaniumalloyshellisfinallysolved．Keywords：Titaniumalloytank；Largediameterandthin—walledshell：Ele

4、ctionbeamweldingDol：10．16080／j．issnl671．833x．2016．17．093某钛合金推进剂贮箱直径达到l100mm，球壳的厚度仅为1．3ram，焊口加强厚度为2ram。最后上下两半球壳体合拢焊接是整个研制过程中的关键工序，贮箱合拢焊接采用真空电子束焊接方法，焊接设备为LAR52真空电子束焊机，是国产真空系统和法国进口电子枪组合成的电子束焊机，电子枪是法国TECHMETA公司产品，是60kW中压电子束焊机。焊接前的酸洗及预处理工艺是：酸洗一烘干(80。C±5℃)一焊口打磨一丙酮擦洗一电吹风吹干焊接前的

5、装配精度是保证电子束焊接质量的重要因素，按照装配T艺的要求，两半球赤道缝焊口的端面间隙不大于o．02毫米，径向间隙(即上半球壳体的锁底与下半球壳体的配合)不大于0．03，装配后测量端跳动不大于0．10mm，径向跳动不大于0．15ram。在实际操作中，由于上、下半球直径大壁薄，整条焊缝长度达3450rnm，焊接夹持T装精度不够，由于前工序下半球与支撑法兰焊接变形等原因，装配精度无法满足工艺文件的要求。调整的最好精度只能达到端面跳动0．20mm，径向跳动2ram。通过做同等间隙的焊接试件，分析试件的熔深和焊缝断面形态及金相最后确定焊接参数

6、(见表1)，焊接后进行陔焊缝X射线拍片，发现2处未熔合缺陷二由于补焊位置不易确定，没有补焊，通过液压强度试验与声发射试验确认其强度?贮箱合拢焊缝情况如图1所示。上、下壳体材料均为TC4钛合金，焊缝为有锁底结构。1试验结果与分析焊后经750℃真空退火热处理消除焊接应力．进行该贮箱的液压强度试验。试验过程如下：缓慢增压同时用声发射监测，过程是升压至1．OMPa，保压5mill声发射信号逐渐收敛；继续增压至1．5MPa，保压5min，声发表1上、下壳焊缝的焊接参数焊接参数电压，l【V柬流／rnA聚集电流／mA焊接速度／(1'111111·s

7、一)真空度／mbar偏置距离，mm偏转函数偏转频率／lk偏转半径／ram焊接601924()0207×lO。0正弦200l修饰602025002()7X10“(1¨!弦200l2016年第17期·航审制造技术93图1贮箱合拢焊缝示意图Fig1Schematicdiagramoftankclosurewelding射信号逐渐收敛；继续增压至2MPa，保压5min，，声发射信号逐渐收敛；继续增压至2．5MPa，保压5min声发射信号逐渐收敛，继续增压；增压至2．8MPa，保压5min，声发射信号平静稳定；继续增压至要求压力3．0MPa，开

8、始保压，约lOs后，贮箱在上下壳体合拢焊缝处爆裂。爆破压力低于设计压力值4MPa，焊接质量不合格。1．1宏观检验贮箱爆裂情况见图2及图3，观察到爆裂沿焊缝裂部位，具体位置是耳环9至耳环13。起爆点位于裂缝中心耳环11处。