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1、(10)申请公布号 CN 103551720 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103551720 A (21)申请号 201310578833.1 (22)申请日 2013.11.18 B23K 15/06(2006.01) B23K 37/053(2006.01) (71)申请人 沈阳黎明航空发动机 （集团） 有限责 任公司 地址 110043 辽宁省沈阳市大东区东塔街 6 号 (72)发明人 倪建成 曲伸 杨秀娟 任萍 邵天巍 (74)专利代理机构 沈阳优普达知识产权代理事 务所(特殊普通合伙) 21234 代理人 张志伟 (54) 发明名称 一种短管的电子束偏转焊接方。
2、法 (57) 摘要 本发明涉及航空发动机领域， 具体为一种短 管的电子束偏转焊接方法， 可以完成短管的真空 电子束焊接， 解决了焊接过程中短管的定位问题， 同时解决了短管焊接接头强度低、 焊缝成型差、 零 件焊接后变形大的问题。 由于短管直径较小， 焊接 过程中采用电子束偏转焊接， 焊接过程中组件保 持不动， 电子束流沿焊缝轨迹移动， 添加三角波摆 动， 焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨 迹。本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管 的焊接定位问题， 有效控制了接头的间隙和错位。 由于焊接时热输入小、 焊接速度快、 焊接过程稳 定、 焊缝质量高， 可以满足设计及生产的要求。此 技术先期设备。
3、投入较大， 前期需做大量焊接试验 确定焊接工艺参数， 同时对零件的工装要求较高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103551720 A CN 103551720 A 1/1 页 2 1. 一种短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 具体步骤如下 ： 1) 清洗 在组件装配前， 组件短管和筒体分别采用丙酮清洗 ； 2) 装配定位 清洗完成后， 进行组件装配， 短管装配于电子束焊接工装后， 采用氩弧焊进行定位， 表 面对称施焊两点。
4、定位， 不添加焊丝， 焊点宽度 2 3mm ； 3) 真空电子束焊 焊接过程中采用电子束偏转焊接， 焊接过程中组件保持不动， 电子束流沿焊缝轨迹移 动， 添加三角波摆动， 焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。 2. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 电子束焊接工装 包括底座、 筒体定位槽、 压板、 螺母、 螺钉、 定位销、 定位架， 具体结构如下 ： 底座上设置筒体定位槽、 压板和定位架， 定位槽与筒体的底部相对应， 筒体的底部通过 定位槽定位， 压板通过压紧筒体下部的台阶面， 使筒体底部固定于定位槽 ； 定位架位于筒体 内侧， 在定位架上的孔中安装定位销。
5、， 短管套在定位销的一端， 短管通过定位销设置于筒体 的短管焊接孔， 定位销伸出筒体的一端通过螺纹安装螺母， 螺母与定位销配合使短管定位 于筒体的短管焊接孔处， 定位销通过螺钉锁紧于定位架上。 3. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 电子束偏转焊接 的偏转角度为 2 5。 4. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 焊接过程中同时 严格控制起弧、 焊接、 收弧的角度 ： 起弧 5、 焊接 370、 收弧 180。 5. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 焊接过程中要严 格控制焊接参数， 电子束焊接工艺参。
6、数如下 ： 加速电压 150Kv， 聚焦电流 2520mA、 2563mA、 2535mA 或 2380mA， 扫描波形 ： 三角波， 扫描 频率 50Hz， 扫描幅值 0.5mm， 焊接速度 8mm/s， 焊接束流 2.6mA。 6. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 焊后进行检查 ： 短 管电子束焊接完成后， 采用目视检查、 无损检测和三坐标测量。 7. 按照权利要求 6 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 目视检查检查焊 缝表面质量， 要求符合相关的标准要求 ； 无损检测包括 X 光检查和渗透检查， X 光主要检查 焊缝内部缺陷， 渗透主要检查。
7、焊缝表面缺陷 ； 三坐标测量测量短管位置度， 满足设计图纸要 求。 8. 按照权利要求 1 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 筒体上的孔处分 别焊接短管， 筒体和短管焊接组件的材料均为 GH536， 焊接厚度 ： 1.2mm， 焊接接头要求 ： II 类焊缝。 9. 按照权利要求 8 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 其特征在于， 组件焊接加工完 成后一起进行真空热处理 ： 在真空条件下， 加热 980 10， 保温时间 1 小时， 空冷。 权 利 要 求 书 CN 103551720 A 2 1/4 页 3 一种短管的电子束偏转焊接方法 技术领域 0001 本发明涉及航空发动机。
8、领域， 具体为一种短管的电子束偏转焊接方法。 背景技术 0002 航空发动机设计图纸要求短管焊接采用氩弧焊点焊， 四点均布。由于短管数量多 (共192个)， 氩弧焊点焊强度低， 组件工作时由于温度较高、 应力较大， 工况较为复杂， 容易 引起焊点开裂。改用真空电子束焊接后， 由于短管焊缝位置尺寸较小 ( 分别为 14.0mm、 11.7mm、 11.4mm、 10.2mm)， 同时焊接厚度较小 (1.2mm)， 在正常电子束焊接速度下， 熔 池用于惯性作用， 熔化金属冷却后成型较差， 严重影响焊缝质量。 0003 一般小尺寸零件采用真空电子束焊可以实现连接功能， 常用电子束焊接， 由于电 子枪。
9、固定， 电子束流通过偏转线圈、 聚焦线圈进行调整， 焊接时零件移动， 电子束流轰击金 属表面形成焊缝。 当焊缝尺寸较小时， 由于工作台机械运动的惯性作用， 电子束产生的熔池 在离心力的作用下， 熔化金属向圆周外侧汇集， 同时快速冷却， 容易形成焊接表面缺陷。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种短管的电子束偏转焊接方法， 可以完成短管的真空电 子束焊接， 解决了焊接过程中短管的定位问题， 同时解决了短管焊接接头强度低、 焊缝成型 差、 零件焊接后变形大的问题。 0005 本发明的技术方案是 ： 0006 一种短管的电子束偏转焊接方法， 具体步骤如下 ： 0007 1) 清洗 0008 。
10、在组件装配前， 组件短管和筒体分别采用丙酮清洗 ； 0009 2) 装配定位 0010 清洗完成后， 进行组件装配， 短管装配于电子束焊接工装后， 采用氩弧焊进行定 位， 表面对称施焊两点定位， 不添加焊丝， 焊点宽度 2 3mm ； 0011 3) 真空电子束焊 0012 焊接过程中采用电子束偏转焊接， 焊接过程中组件保持不动， 电子束流沿焊缝轨 迹移动， 添加三角波摆动， 焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨迹。 0013 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 电子束焊接工装包括底座、 筒体定位槽、 压 板、 螺母、 螺钉、 定位销、 定位架， 具体结构如下 ： 0014 底座上设置筒体定位。
11、槽、 压板和定位架， 定位槽与筒体的底部相对应， 筒体的底部 通过定位槽定位， 压板通过压紧筒体下部的台阶面， 使筒体底部固定于定位槽 ； 定位架位于 筒体内侧， 在定位架上的孔中安装定位销， 短管套在定位销的一端， 短管通过定位销设置于 筒体的短管焊接孔， 定位销伸出筒体的一端通过螺纹安装螺母， 螺母与定位销配合使短管 定位于筒体的短管焊接孔处， 定位销通过螺钉锁紧于定位架上。 0015 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 电子束偏转焊接的偏转角度为 2 5。 说 明 书 CN 103551720 A 3 2/4 页 4 0016 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 焊接过程中同时严格控制起弧、。
12、 焊接、 收弧的 角度 ： 起弧 5、 焊接 370、 收弧 180。 0017 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 焊接过程中要严格控制焊接参数， 电子束焊 接工艺参数如下 ： 0018 加速电压 150Kv， 聚焦电流 2520mA、 2563mA、 2535mA 或 2380mA， 扫描波形 ： 三角波， 扫描频率 50Hz， 扫描幅值 0.5mm， 焊接速度 8mm/s， 焊接束流 2.6mA。 0019 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 焊后进行检查 ： 短管电子束焊接完成后， 采用 目视检查、 无损检测和三坐标测量。 0020 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 目视检查检查焊缝表面质。
13、量， 要求符合相关 的标准要求 ； 无损检测包括 X 光检查和渗透检查， X 光主要检查焊缝内部缺陷， 渗透主要检 查焊缝表面缺陷 ； 三坐标测量测量短管位置度， 满足设计图纸要求。 0021 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 筒体上的孔处分别焊接短管， 筒体和短管焊 接组件的材料均为 GH536， 焊接厚度 ： 1.2mm， 焊接接头要求 ： II 类焊缝。 0022 所述的短管的电子束偏转焊接方法， 组件焊接加工完成后一起进行真空热处理 ： 在真空条件下， 加热 980 10， 保温时间 1 小时， 空冷。 0023 本发明的优点及有益效果是 ： 0024 1、 本发明通过短管的真空电子束。
14、焊接工艺路线、 焊接工装、 焊接工艺参数及焊缝 成型控制技术， 采用电子束偏转焊接短管， 焊接过程稳定可控， 焊缝表面质量好， 提高了焊 缝的质量。 0025 2、 本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管的定位及位置度问题， 有效控制了 接头的间隙和错位。 0026 3、 本发明短管的焊接结构特殊， 焊后采用 X 光检查焊缝质量， 焊缝一次性合格率 高。 0027 4、 本发明焊缝较多， 焊接后组件变形小。 0028 5、 本发明采用电子束快速扫描技术， 实现电子束流的偏转焊接， 焊接过程中， 零件 保持静止， 电子束流沿焊缝轨迹移动， 形成焊缝， 从而获得外观质量优良的焊缝。 0029 6、。
15、 本发明对于短管的焊接， 采用真空电子束偏转焊接可以解决短管与筒体的连接 问题， 增加了接头的强度， 提高了焊缝的质量， 简化了焊接工艺， 具有很好的应用前景。 0030 7、 本发明采用电子束偏转焊接， 待焊零件固定不动， 电子束沿焊缝轨迹进行移动， 同时加入焊缝摆动， 可以有效提高焊缝的成型质量。 0031 8、 本发明采用专用电子束焊接工装解决了短管的焊接定位问题， 有效控制了接头 的间隙和错位。 由于焊接时热输入小、 焊接速度快、 焊接过程稳定、 焊缝质量高， 可以满足设 计及生产的要求。 此技术先期设备投入较大， 前期需做大量焊接试验确定焊接工艺参数， 同 时对零件的工装要求较高。 。
16、附图说明 0032 图 l- 图 2 为本发明短管焊接组件示意图。其中， 图 1 为短管焊接组件之一 ； 图 2 为短管焊接组件之二。图中， 1 筒体 ； 2 短管。 0033 图 3 为本发明电子束焊接工装示意图。图中， 1 筒体 ； 3 底座 ； 4 筒体定位槽 ； 5 压 说 明 书 CN 103551720 A 4 3/4 页 5 板 ； 6 螺母 ； 7 螺钉 ； 8 定位销 ； 9 定位架。 0034 图 4 为本发明电子束焊接放大示意图。图中， 1 筒体 ； 2 短管。 具体实施方式 0035 如图 1- 图 2 所示， 筒体 1 上的孔处分别焊接短管 2， 两种筒体 1 和短管。
17、 2 焊接组件 的材料均为 GH536， 焊接厚度 ： 1.2mm， 焊接接头要求 ： II 类焊缝。 0036 如图 3 所示， 本发明电子束焊接工装主要包括 ： 底座 3、 筒体定位槽 4、 压板 5、 螺母 6、 螺钉 7、 定位销 8、 定位架 9 等， 具体结构如下 ： 0037 底座 3 上设置筒体定位槽 4、 压板 5 和定位架 9， 定位槽 4 与筒体 1 的底部相对应， 筒体 1 的底部通过定位槽 4 定位， 压板 5 通过压紧筒体 1 下部的台阶面， 使筒体 1 底部固定 于定位槽 4 ； 定位架 9 位于筒体 1 内侧， 在定位架 9 上的孔中安装定位销 8， 短管 2 。
18、套在定位 销 8 的一端， 短管 2 通过定位销 8 设置于筒体 1 的短管焊接孔， 定位销 8 伸出筒体 1 的一端 通过螺纹安装螺母 6， 螺母 6 与定位销 8 配合使短管 2 定位于筒体 1 的短管焊接孔处， 定位 销 8 通过螺钉 7 锁紧于定位架 9 上。 0038 采用本发明真空电子束焊接方法， 短管电子束焊接工艺路线如下 ： 0039 1) 清洗 0040 在组件装配前， 组件采用丙酮清洗。 0041 2) 装配定位 0042 清洗完成后， 进行组件装配， 短管装配后， 检查焊缝间隙和错位， 要求间隙小于 0.06mm、 错位小于 0.1mm。对于间隙小于 0.06mm、 错位。
19、小于 0.1mm 的短管可直接进行电子束 焊接， 对于间隙和错位超出要求的短管可采用氩弧焊进行定位， 表面对称施焊两点定位， 不 添加焊丝， 焊点宽度 2 3mm。 0043 3) 真空电子束焊 0044 由于短管直径较小， 焊接过程中采用电子束偏转焊接， 焊接过程中组件保持不动， 电子束流沿焊缝轨迹移动， 添加三角波摆动， 焊接过程中摆动方向始终垂直于束流运动轨 迹。 0045 如图 4 所示， 在筒体 1 上的孔处焊接短管 2。由于短管的特殊结构， 焊接过程中要 严格控制焊接速度、 电流等焊接参数， 同时严格控制起弧、 焊接、 收弧的角度 ： 起弧 5、 焊 接 370、 收弧 180。 。
20、0046 表 1 短管电子束焊接工艺参数 0047 0048 采用表 1 中的电子束焊接工艺参数对短管 2 进行焊接， 焊后焊缝表面光洁， 短管 2 圆滑过渡到筒体 1 母材上， 无焊接缺陷， 焊缝背面成型较好， 完全熔透， 无未熔合、 未焊透、 说 明 书 CN 103551720 A 5 4/4 页 6 烧穿等缺陷， 焊缝表面平整， 无塌陷、 凹坑、 咬边、 气孔等缺陷， 无需进行修饰焊。 焊接其余短 管时采用对称焊接， 能够有效控制筒体 1 的焊接变形。 0049 4) 焊后检查 0050 短管电子束焊接完成后， 主要采用目视检查、 无损检测和三坐标测量。 目视检查主 要检查焊缝表面质量。
21、， 要求符合相关的标准要求。无损检测包括 X 光检查和渗透检查， X 光 主要检查焊缝内部缺陷， 渗透主要检查焊缝表面缺陷。三坐标测量主要测量短管位置度。 0051 5) 真空热处理 0052 组件焊接加工完成后一起进行真空热处理， 在真空条件下， 加热 980 10， 保 温时间 1 小时， 空冷。 0053 采用本发明真空电子束焊接方法， 该技术的创新点如下 ： 0054 1) 组件的装配 ： 由于采用了专用的电子束焊接工装， 短管采用专用的定位销定 位， 保证了短管的位置度， 有利于控制焊接处的间隙和错位。装配后， 间隙和错位超出要求 的短管采用氩弧焊进行定位， 焊点两个， 对称施焊， 。
22、不添加焊丝。 0055 2) 焊接程序 ： 焊接过程中， 组件保持不动， 电子束偏转一定的角度 （2 5） ， 同 时添加波形， 实现接头的电子束焊接。 0056 3) 电子束焊接参数 ： 严格控制焊接电流， 实现了薄件的电子束焊接， 焊接时严格 控制焊接起弧、 焊接、 收弧的角度， 保证了焊缝的成型质量， 取消了电子束修饰焊， 减少了能 量的输入， 同时也减小了零件的焊接变形。 0057 实施例结果表明， 采用本发明真空电子束焊接方法， 解决了以下技术问题 ： 0058 1) 由于真空电子束焊接对焊缝表面质量要求较高， 需要对焊缝进行清理， 以减少 焊接过程中产生的缺陷。确定了组件的焊接工艺。
23、路线 ： 清洗装配定位真空电子束焊 焊后检查真空热处理 ； 0059 2) 由于短管的结构特殊， 对焊缝质量要求较高， 确定了短管的真空电子束焊接工 艺参数 ； 0060 3) 由于对接头间隙错位要求严格， 同时对短管的位置度要求较高， 设计制造了四 套专用的真空电子束焊接工装 ； 0061 4) 控制电子束焊接能量输入， 优化了焊接参数， 在不进行修饰焊的情况下， 获得良 好的焊缝正反面成型 ； 0062 5) 采用电子束偏转焊接技术。 0063 实施例结果表明， 采用本发明真空电子束焊接方法， 所带来的有益效果是 ： 0064 1) 真空电子束焊接过程稳定可控， 焊接参数可以精确调整， 焊接重复性好 ； 0065 2) 真空环境下焊接， 焊缝缺陷少、 质量高、 一致性好 ； 0066 3) 接头强度高， 焊缝成型好 ； 0067 4) 焊接过程简单、 快捷， 适合批量生产。 说 明 书 CN 103551720 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103551720 A 7 2/3 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103551720 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103551720 A 9 。