一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法

摘要

一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，步骤如下：对待焊零件进行焊接前处理，保证清洁度，并保证装配间隙和错位小于0.05mm；将钛合金薄壁机匣装配至焊接夹具上进行抽真空；对焊缝进行定位焊后，进行电子束焊接，完成焊缝的焊接，焊接参数为：加速电压110KV，焊接速度30～22mm/s；焊接电流13～18mA，电子束扫描参数为：扫描波形为圆波，幅值1.2～0.8mm，频率100Hz；线能量比值48～90J/mm；焊接完成后，检查焊缝质量，所述的检查方式包括目视，X光和荧光检查。采用本发明的焊接方法形成焊缝成形稳定性和质量显著提高，焊接热输入降低20～30％，焊接变形得到有效控制，焊缝正面宽度，背面宽度与背面余高均能够满足设计要求。

权利要求

1.一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，焊前处理：

对待焊零件进行焊接前处理，保证待焊零件表面无油污、灰尘及外来附着物，并保证装配间隙和错位小于0.05mm；

步骤2，零件装配：

将钛合金薄壁机匣装配至焊接夹具上，并进行抽真空；

步骤3，电子束焊接：

(1)电子束定位焊：采用对称定位焊对焊缝进行定位焊；

(2)进行电子束焊接，完成焊缝的焊接，其中，焊接参数为：加速电压为110KV，焊接速度为30 22mm/s；焊接电流为13 18mA，电子束扫描参数为：扫描波形为圆波，幅值为1.2~ ~ ~

0.8mm，频率为100Hz；线能量比值为48 90J/mm；

~

焊接具体过程为：

当焊接至焊缝等厚阶段，焊接速度恒定为30mm/s或22mm/s，焊接电流恒定为13mA或

18mA，扫描幅值恒定为1.2mm或0.8mm，线能量比值恒定为48J/mm或90J/mm；

当焊接至焊缝厚度变化阶段：

当焊缝厚度增大过程中，焊接速度恒定为22mm/s，扫描幅值恒定为0.8mm，线能量比值恒定为90J/mm，焊接电流恒定为18mA；

当焊缝厚度减小过程中，焊接速度恒定为30mm/s，扫描幅值恒定为1.2mm，线能量比值恒定为48J/mm，焊接电流恒定为13mA；

步骤4，焊后检查：

焊接完成后，检查焊缝质量，所述的检查方式包括目视，X光和荧光检查。

2.根据权利要求1所述的钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，在电子束定位焊之前，按照相应的焊接参数进行了焊接参数验证，目视检查焊缝，满足焊缝质量要求后进行电子束定位焊。

3.根据权利要求1所述的钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，所述的焊缝为不等厚焊缝。

说明书

一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法

技术领域：

[0001] 本发明属于金属构件焊接技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法。背景技术：

[0002] 航空发动机制造中钛合金薄壁机匣的焊接变形、变厚度焊缝成形稳定性和反面飞溅物控制一直以来未能彻底解决，从薄壁焊接机匣制造的特点来看，影响因素多、原因复杂。主要的影响因素有：零件焊接前的尺寸精度和装配质量、焊接工艺合理性、材料焊接性和后续工艺(热处理)影响以及整体工艺路线安排等。焊接变形是影响薄壁类零件质量和生产效率的主要因素之一，焊接变形的存在不仅影响产品的制造过程，更重要的是也影响产品的使用性能。产生零件焊接变形的根本因素是焊接过程中不均匀的加热和冷却过程造成的温度应力和材料组织转变(相变)引起的组织应力，而焊后残余应力还会对零件最终加工精度和尺寸稳定性、焊接缺陷的产生以及零件的疲劳强度产生很大的不利影响，因此实现焊接变形控制是薄壁机匣类零件焊接的最主要技术难点，而飞溅物会影响零件的表面质量和后工序的工作量。解决措施有：提高焊接前零件装配质量、优化参数改善成形、降低焊接热输入导致的热变形、控制焊接缺陷减少补焊次数等。发明内容：

[0003] 本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，通过优化匹配电子束焊参数，提高焊接速度，提高焊接过程稳定性和成形质量，降低输入能量水平，减少不稳定加热、冷却过程对材料的不利影响，改善零件焊接变形问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0005] 一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1，焊前处理：

[0007] 对待焊零件进行焊接前处理，保证待焊零件表面无油污、灰尘及外来附着物，并保证装配间隙和错位小于0.05mm；

[0008] 步骤2，零件装配：

[0009] 将钛合金薄壁机匣装配至焊接夹具上，并进行抽真空；

[0010] 步骤3，电子束焊接：

[0011] (1)电子束定位焊：采用对称定位焊对焊缝进行定位焊；

[0012] (2)进行电子束焊接，完成焊缝的焊接，其中，焊接参数为：加速电压为110KV，焊接速度为30～22mm/s；焊接电流为13～18mA，电子束扫描参数为：扫描波形为圆波，幅值为1.2～0.8mm，频率为100Hz；线能量比值为48～90J/mm；

[0013] 步骤4，焊后检查：

[0014] 焊接完成后，检查焊缝质量，所述的检查方式包括目视，X光和荧光检查。

[0015] 采用所述的焊接方法，焊接的热输入降低20～30％。

[0016] 所述的步骤3(1)中，在电子束定位焊之前，按照相应的焊接参数进行了焊接参数验证，目视检查焊缝，满足焊缝质量要求后进行电子束定位焊。

[0017] 所述的步骤3(1)中，所述的焊缝为不等厚焊缝。

[0018] 所述的步骤3(1)中，所述的焊缝厚度为2.0～5.0mm。

[0019] 所述的步骤3(2)中，焊接过程为：

[0020] 当焊接至焊缝等厚阶段，焊接速度恒定为30mm/s或22mm/s，焊接电流恒定为13mA或18mA，扫描幅值恒定为1.2mm或1.8mm，线能量比值恒定为48J/mm或90J/mm；

[0021] 当焊接至焊缝厚度变化阶段：

[0022] 当焊缝厚度增大过程中，焊接速度恒定为22mm/s，扫描幅值恒定为1.8mm，线能量比值恒定为90J/mm，焊接电流恒定为18mA；

[0023] 当焊缝厚度减小过程中，焊接速度恒定为30mm/s，扫描幅值恒定为1.2mm，线能量比值恒定为48J/mm，焊接电流恒定为13mA。

[0024] 所述的步骤3(2)中，在焊缝厚度增大与减小的焊接过程中，焊接速度、扫描幅值、线能量比值与焊接电流均在焊缝厚度增大时与减小时瞬时变化至相应恒定值。

[0025] 本发明的有益效果：

[0026] (1)电子束焊接参数较多，相互关联密切，特别是对薄壁钛合金材料，除需要满足焊缝外观成形要求，还要控制焊缝内部冶金质量，本发明的钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法通过对电子束焊各项参数进行正交对比试验，筛选出较低的加速电压、高焊接速度、圆形扫描波形、适中扫描频率和幅值的焊接参数，形成的焊缝正面宽度，背面宽度与背面余高均能够满足设计要求；

[0027] (2)本发明主要从电子束焊工艺入手，在航空发动机静子机匣上首次采用全新的焊接工艺参数，通过调整加速电压、焊接电流、焊接速度、电子束扫描方式、频率和幅值等参数，实现精密高速不等厚度焊接，使焊接速度提高一倍以上；

[0028] (3)采用本发明的钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，使得焊缝特别是薄厚过渡段的成形稳定性和质量显著提高，反面余高大大降低，反面飞溅物明显减少，焊接热输入降低20～30％，焊接变形得到有效控制，使静子机匣的圆度、直线度、径向收缩量、叶片角向位置、叶片高度差等十项重要尺寸精度分别提高10～80％，一次焊接合格率从50％提高到目前的95％以上。附图说明：

[0029] 图1为电子束焊缝金相图，其中：

[0030] (a)为现有技术中高压低速焊接的焊缝金相图；

[0031] (b)为本发明实施例1中压高速焊接形成的焊缝金相图；

[0032] 图2为本发明实施例1的钛合金薄壁机匣示意图；

[0033] 图3为本发明实施例1形成的焊缝截面示意图；

[0034] 图4为本发明实施例1形成的焊缝实物示意图。具体实施方式：

[0035] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0036] 实施例1

[0037] 一种钛合金薄壁机匣的中压高速电子束焊接方法，包括以下步骤：

[0038] 步骤1，焊前处理：

[0039] 对待焊零件进行焊接前处理，保证待焊零件表面无油污、灰尘及外来附着物，并保证装配间隙和错位小于0.05mm；

[0040] 步骤2，零件装配：

[0041] 将钛合金薄壁机匣装配至焊接夹具上，并进行抽真空，钛合金薄壁机匣示意图如图2所示；

[0042] 步骤3，电子束焊接：

[0043] (1)电子束定位焊：按照相应的焊接参数进行了焊接参数验证，目视检查焊缝，满足焊缝质量要求后采用对称定位焊对零件上100余条焊缝进行定位焊，所述的焊缝厚度为2.0～5.0mm；

[0044] (2)进行电子束焊接，完成焊缝的焊接，其中，焊接参数为：加速电压为110KV，聚焦电流为1880mA，焊接速度为30～22mm/s；焊接电流为13～18mA，电子束扫描参数为：扫描波形为圆波，幅值为1.2～0.8mm，频率为100Hz；线能量比值为48～90J/mm，部分焊接参数如表1所示；

[0045] 当焊接至焊缝厚度为2.0mm，焊接速度恒定为30mm/s，焊接电流恒定为13mA，扫描幅值恒定为1.2mm，线能量比值恒定为48J/mm；

[0046] 当焊接至焊缝厚度为5.0mm，焊接速度恒定为22mm/s，焊接电流恒定为18mA，扫描幅值恒定为1.8mm，线能量比值恒定为90J/mm；

[0047] 当焊缝厚度由2.0mm向5.0mm增大过程中，焊接速度恒定为22mm/s，扫描幅值恒定为1.8mm，线能量比值恒定为90J/mm，焊接电流恒定为18mA，其中焊接速度、扫描幅值、线能量比值与焊接电流均在焊缝厚度增大时瞬时变化至相应恒定值；

[0048] 当焊缝厚度由5.0mm向2.0mm减小过程中，焊接速度恒定为30mm/s，扫描幅值恒定为1.2mm，线能量比值恒定为48J/mm，焊接电流恒定为13mA，其中焊接速度、扫描幅值、线能量比值与焊接电流均在焊缝厚度减小时瞬时变化至相应恒定值；

[0049] 步骤4，焊后检查：

[0050] 焊接完成后，采用目视，X光和荧光检查的方式，检查焊缝质量，所述的焊缝金相图如图1(b)所示，焊缝截面示意图如图3所示，焊缝实物示意图如图4所示，焊缝正面宽度在2.2mm～2.4mm，背面宽度在1.3mm～1.5mm，背面余高为0.1mm，满足设计要求，焊缝质量达到Ⅱ类焊缝标准，对本实施例方法的焊接能量输入进行计算，焊接能量输入的计算公式为通过计算，采用该焊接方法使焊接的热输入降低了20～30％，反映在焊后零件各项尺寸精度上提高了10～80％，效果明显；现有技术中普遍采用的高压低速焊接形成的焊缝金相图如图1(a)所示，由于速度较低，液态熔池存续时间长，在重力作用下，焊缝出现熔合区下沉，反面余高增加的现象。

[0051] 表1中压高速电子束焊接参数

[0052]