焊接墊條和焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種焊接墊條和焊接方法，其中，該焊接墊條用于在對待焊工件焊接前裝配到待焊工件的底部，在所述墊條沿待焊工件的焊縫方向設(shè)置有一開放通腔結(jié)構(gòu)的放氣槽，所述放氣槽與所述待焊工件的焊接匙孔連通。本發(fā)明的通過在焊接前將這樣的墊條裝配到待焊工件的底部，使得焊接過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽可以通過該放氣槽有效排出，降低了金屬蒸汽壓波動的影響，從而避免了釘尖、氣孔、冷隔的產(chǎn)生。
【專利說明】焊接墊條和焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種焊接墊條和焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在航空、航天、船舶、海洋探測、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域承力結(jié)構(gòu)和發(fā)動機組件，均面臨著整體化焊接制造的難題，涉及材料焊接厚度達(dá)到了 30mm以上，也就是所謂的大厚度材料結(jié)構(gòu)，對于這些大厚度材料結(jié)構(gòu)一般都是采用電子束焊接的方法進(jìn)行拼接。對于在工藝參數(shù)不合適的條件下，電子束焊接存在裂紋、氣孔、未焊透、燒穿、凹坑、焊瘤、咬邊及焊縫成形不良等缺陷。
[0003]目前，采用傳統(tǒng)的電子束焊接進(jìn)行大厚度材料結(jié)構(gòu)的焊接，主要存在以下問題:
[0004]I)傳統(tǒng)的焊接工藝方法，由于焊接能量的逐漸衰減，焊接接頭根部(即待焊工件的底部)易形成明顯的釘尖，進(jìn)一步的，受匙孔張開閉合、蒸汽壓波動、液態(tài)金屬回流等影響，釘尖的位置也存在一定的波動，極易產(chǎn)生釘尖缺陷；
[0005]2) 一般在焊接的時候所采用的是常規(guī)的鎖底墊條結(jié)構(gòu)，對于大厚度材料而言，考慮到多方面的因素，一般是不焊透墊條的，從而使得在焊接準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的過程中會形成上表面金屬蒸汽(等離子體)包圍、上部開放、下部封閉的匙孔型腔，這種方式不利于金屬蒸汽從下表面噴射逸出，不利于氣孔的上移、排出，易產(chǎn)生氣孔缺陷，也不利于液態(tài)金屬的回流、填充，易廣生氣孔、冷隔等缺陷，且焊縫余聞較聞。
[0006]針對上述這些問題，目前尚未提出有效的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實施例提供了一種焊接墊條，以避免焊接過程中釘尖、氣孔、冷隔的產(chǎn)生，其中，該種焊接墊條用于在對待焊工件焊接前裝配到待焊工件的底部，在所述墊條沿待焊工件的焊縫方向設(shè)置有一開放通腔結(jié)構(gòu)的放氣槽，所述放氣槽與所述待焊工件的焊接匙孔連通。
[0008]在一個實施例中，所述放氣槽的長度大于等于所述待焊工件焊縫長度與所述待焊工件的引入塊和引出塊長度之和。
[0009]在一個實施例中，所述墊條的厚度為20mm到30mm,所述放氣槽的寬度為2mm到6mm,所述放氣槽的深度為Imm到3mm。
[0010]在一個實施例中，在所述待焊工件的焊縫形式為曲線形式的情況下，所述焊接墊條沿放氣槽的水平方向設(shè)計成曲線形式。
[0011]在一個實施例中,所述待焊工件的焊接厚度大于等于30_。
[0012]本發(fā)明實施例還提供了一種焊接方法，該方法包括:
[0013]將上述的墊條裝配到待焊工件的底部；
[0014]將裝配好的待焊工件放置在真空室中；
[0015]采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接。
[0016]在一個實施例中，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之前，所述方法還包括:
[0017]采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理。
[0018]在一個實施例中，采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理，包括:
[0019]對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行兩次電子束加熱清理，其中，第一次電子束加熱清理的聚焦電流高于第二次電子束加熱清理的聚焦電流，第一次電子束加熱清理的束流大于第二次電子束加熱清理的束流。
[0020]在一個實施例中，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之后，所述方法還包括:
[0021 ] 采用上散焦聚焦電流對焊接完的工件的焊縫進(jìn)行電子束表面修整。
[0022]在一個實施例中，電子束表面修整所采用的散焦電子束的寬度是焊接完的工件的焊縫的上表面寬度的I到1.5倍。
[0023]在本發(fā)明實施例中，提供了一種設(shè)置有一開放通腔結(jié)構(gòu)的放氣槽的焊接墊條，在對待焊工件焊接前裝配到待焊工件的底部，從而使得焊接過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽可以通過該放氣槽有效排出，降低了金屬蒸汽壓波動的影響，從而避免了釘尖、氣孔、冷隔的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明實施例的焊接墊條的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實施例的焊接方法流程圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實施例的將墊條裝配到待焊工件底部的俯視圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實施例的將墊條裝配到待焊工件底部的側(cè)視圖；
[0029]圖5是本發(fā)明實施例的對焊接位置進(jìn)行第一次電子束加熱清理的示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明實施例的對焊接位置進(jìn)行第二次電子束加熱清理的示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明實施例的對待焊工件進(jìn)行焊接的示意圖；
[0032]圖8是本發(fā)明實施例的采用上散焦聚焦電流進(jìn)行電子束表面修整的示意圖。

【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0034]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的焊接方法之所以會出產(chǎn)生釘尖、氣孔、冷隔、釘尖位置的波動、焊縫余高較高的問題，都是因為在焊接的過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽無法有效排出導(dǎo)致的。對此，在本例中，提供了一種焊接墊條，如圖1所示，該墊條有別與現(xiàn)有的鎖底墊條結(jié)構(gòu)，在本例中，該墊條用于在對待焊工件焊接前裝配到待焊工件的底部，在墊條沿待焊工件的焊縫方向設(shè)置有一開放通腔結(jié)構(gòu)的放氣槽，所述放氣槽與所述待焊工件的焊接匙孔連通，通過設(shè)置這種帶有放氣槽的墊條結(jié)構(gòu)與待焊工件進(jìn)行裝配，使得焊接過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽可以有效排出，降低了金屬蒸汽壓波動的影響，從而避免了釘尖、氣孔、冷隔等問題的產(chǎn)生。
[0035]在圖1中，L表不墊條的長度，δ表不墊條的厚度,B表不放氣槽的深度,A表不放氣槽的寬度。為了使得墊條上的放氣槽可以有效排出金屬蒸汽，實現(xiàn)對待焊工件的高質(zhì)量焊接，放氣槽的長度L可以等于焊縫+引入/引出塊的總長度，S卩，放氣槽的長度大于等于所述待焊工件焊縫長度與所述待焊工件的引入塊和引出塊長度之和。
[0036]具體的，上述墊條的厚度δ可以設(shè)計為20mm到30mm，放氣槽的寬度A可以設(shè)計為2mm到6mm,放氣槽的深度B可以設(shè)計為Imm到3mm,然而值得注意的是,上述放氣槽和墊條結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)僅是為了更好地說明本發(fā)明，按照實施情況的需要也可以選擇其它的參數(shù)值。
[0037]實施的過程中，焊接墊條的放氣槽延水平方向的形式與待焊工件的焊縫的形式相匹配，從而可以便于金屬蒸汽的排出，例如:在所述待焊工件的焊縫形式為曲線形式的情況下，上述的焊接墊條的放氣槽延水平方向也需要設(shè)計成曲線形式，且走勢需要與焊縫一致；在所述待焊工件的焊縫形式為直線形式的情況下，上述的焊接墊條的放氣槽延水平方向也需要設(shè)計成直線形式。
[0038]在上述各個實施例中，待焊工件可以是大厚度材料結(jié)構(gòu)的待焊工件，即上述待焊工件的焊接厚度大于等于30mm。
[0039]基于上述焊接墊條，在本例中，還提供一種焊接方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0040]步驟201:按照圖3和圖4的方式將墊條裝配到待焊工件的底部，其中，I表示墊條，2表示引入塊和引出塊，3表示待焊工件，Lo表示引入塊和引出塊的長度，Lx表示待焊工件的長度，即焊縫的長度，其中，L = 2Lo+Lx，在裝配的過程中，根據(jù)裝配情況進(jìn)行修配，保證配合間隙< 0.1Omm,階差< 0.2mm ；
[0041]步驟202:將裝配好的待焊工件放置在真空室中，即將裝配好的待焊工件放入真空室，抽真空準(zhǔn)備焊接；
[0042]步驟203:采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接。
[0043]考慮到現(xiàn)有的焊接方法中，通常都是采用化學(xué)清洗或機械打磨的方式，進(jìn)行焊接位置的表面清理，這些清理方式很容易導(dǎo)致在金屬表面殘留少量水份或微小金屬屑，從而產(chǎn)生氣孔和夾渣，且現(xiàn)有的方法一般都是在金屬冷態(tài)條件進(jìn)行焊接，受材料本身的特性影響，焊接的溫度梯度較大，易產(chǎn)生焊接裂紋缺陷。針對上述問題，在本例中，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之前，采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理，通過采用電子束表面清理的方法，排除了焊接表面殘留的少量水份或微小金屬屑的影響，減少了氣孔和夾渣等缺陷。在一個實施例中，采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理，可以包括:對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行兩次電子束加熱清理，其中，第一次電子束加熱清理的聚焦電流高于第二次電子束加熱清理的聚焦電流，第一次電子束加熱清理的束流大于第二次電子束加熱清理的束流。
[0044]具體的,調(diào)控聚焦電流參數(shù),獲得表面焦點的聚焦電流Ifs,將上散焦至Ifs+(50?100)mA,選取束流5mA?15mA,保證材料表面不熔化,沿焊接位置循環(huán)掃描I?6遍,如圖5所示，對焊接位置進(jìn)行第一次電子束加熱清理，從而將焊接中心位置寬度±10mm的區(qū)域，通過電子束加熱清理干凈，在圖5中5表示電子束。
[0045]然后，將聚焦電流調(diào)至Ifs，束流調(diào)至0.5mA?2mA，保證材料表面不熔化，對中焊縫位置，沿焊縫循環(huán)掃描I?6遍，如圖6所示，對進(jìn)行第二次電子束加熱清理。通過表面聚焦?fàn)顟B(tài)加熱，對焊接中心位置和焊接間隙進(jìn)行二次清理。
[0046]在上述步驟203中采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接可以包括:如圖7所示，采用合適的參數(shù)進(jìn)行電子束焊接，焊接的過程中采用下散焦聚焦電流進(jìn)行焊接，通過墊條的放氣槽保證焊接過程匙孔通暢，使熔池內(nèi)部的金屬蒸汽能夠順暢的逸出、排除，在圖7中，6表不匙孔、7表不金屬蒸汽。
[0047]考慮到材料自身的特性，雖然焊縫內(nèi)部質(zhì)量滿足要求，但焊縫表面存在咬邊、凸凹不平等成形不良的現(xiàn)象，同時，因焊接溫度梯度大，焊接應(yīng)力大，易產(chǎn)生較大變形，甚至產(chǎn)生延遲裂紋。為了解決上述問題，在本例中，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之后，可以采用上散焦聚焦電流對焊接完的工件的焊縫進(jìn)行電子束表面修整，即，在焊接完成后，針對焊縫采用散焦電子束進(jìn)行表面修整，降低了焊縫表面的成形不良、提高了焊接質(zhì)量，同時，降低了焊接的溫度梯度，降低了焊接殘余應(yīng)力和變形，減少了焊接裂紋產(chǎn)生的傾向，在焊后采用上散焦聚焦電流就行焊接實現(xiàn)電子束表面修整的過程中，散焦電子束的寬度可以設(shè)置為焊縫的上表面寬度的I到1.5倍。
[0048]具體的，焊后采用如圖8所示的上散焦聚焦電流進(jìn)行焊接，實現(xiàn)電子束表面修整，其中，W2表示散焦電子束的寬度，Wl表示焊縫的上表面寬度，使W2 = (I?1.5)W1，電子束表面修整次數(shù)I?3次，這樣既改善了焊縫成形，又起到了緩冷作用，在圖8中，8表示焊縫。
[0049]在本例中，采用帶U形放氣槽的墊條結(jié)構(gòu)，在焊接過程中通過放氣槽將匙孔聯(lián)通，構(gòu)成一個開放的通腔，將焊縫根部引入墊條，有利于氣體的逸出，降低了氣孔、冷隔等產(chǎn)生的可能性，進(jìn)一步的，在焊接前采用電子束表面清理方法，排除了表面水份和微細(xì)金屬屑等污物的影響，同時對材料結(jié)構(gòu)起到了預(yù)熱作用，降低了焊接裂紋，且焊后采用電子束表面修整方法，既改善了焊縫成形，又起到了緩冷作用。
[0050]下面以大厚度鈦合金電子束平板對接為例進(jìn)行說明，然而值得注意的是，該具體實施例僅是為了更好地說明本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0051]在本例中，采用50mm厚度、尺寸為200X200mm的焊接試板,設(shè)計如圖1所示的帶放氣槽的墊條結(jié)構(gòu)，其中，墊條的長度L = 200+60 = 260mm，引入塊和引出塊的長度都是30mm, δ = 25mm, W = 25mm,放氣槽的寬度A = 2mm,放氣槽的深度B = 1mm。具體執(zhí)行步驟包括:
[0052]步驟1:將加工好的的墊條I與工件3、引入/引出塊2按照如圖3和圖4所示的方式裝配好，且保證配合間隙< 0.10mm，階差< 0.2mm。
[0053]步驟2:將裝配好的試件放入真空室中，抽真空準(zhǔn)備焊接；調(diào)控聚焦電流參數(shù)，獲得表面焦點的聚焦電流If = 2450mA，調(diào)整聚焦電流If，上散焦至2550mA。在加速電壓Ua=150mA、焊接速度V = 8mm/s、束流Ib = 5mA的條件下,保證材料表面不熔化,沿焊接位置循環(huán)掃描3遍，對焊接位置進(jìn)行電子束加熱表面一次清理。將距離焊接中心± 1mm的區(qū)域內(nèi)，通過電子束加熱清理干凈。
[0054]步驟3:將聚焦電流調(diào)至If = 2450mA,在加速電壓Ua = 150mA、焊接速度v = 8mm/S、束流Ib = 2mA的條件下，保證材料表面不熔化，對中焊縫位置，沿焊縫循環(huán)掃描3遍，對焊接位置進(jìn)行電子束加熱表面二次清理。即，通過表面聚焦?fàn)顟B(tài)加熱清理焊接中心位置和焊接間隙。
[0055]步驟4:進(jìn)行電子束焊接，焊接參數(shù)為:加速電壓Ua = 150mA,聚焦電流If =2400mA,焊接速度 V = 10mm/s,束流 Ib = 90mA,焊縫寬度 Wl = 10_。
[0056]步驟5:焊后采用上散焦聚焦電流2500mA，在加速電壓Ua = 150mA、焊接速度V =10mm/s，束流Ib = 15mA條件下進(jìn)行電子束表面修整，如圖8所示，修整寬度W2 = 15mm，電子束表面修整次數(shù)為2次。通過電子束表面修整，既改善了焊縫成形，又起到了緩冷作用。
[0057]在上述實施例中，設(shè)計了一種帶U形放氣槽的墊條結(jié)構(gòu)，并將其放在待焊工件下，且焊接匙孔與放氣槽連通，從而保證了匙孔的通暢，提高了匙孔的穩(wěn)定性，降低了金屬蒸汽壓的波動影響，可有效避免釘尖缺陷。通過采用帶U形放氣槽的墊條結(jié)構(gòu)，使得液態(tài)金屬可以很容易的回流填充，有利于金屬蒸汽逸出，有利于氣孔的上移、排出，減小了冷隔和微氣孔的產(chǎn)生幾率。進(jìn)一步的，采用電子束表面清理方法，排除了焊接表面殘留少量水份或微小金屬屑的影響，減小了氣孔和夾渣等缺陷。在焊接完成，針對焊縫采用散焦電子束進(jìn)行表面修整，降低了焊縫表面的成形不良，提高了焊接質(zhì)量，同時，降低了焊接的溫度梯度，降低了焊接殘余應(yīng)力和變形，減小了焊接裂紋產(chǎn)生傾向，按照上述得到的焊縫經(jīng)過X射線無損探傷檢測滿足航標(biāo)I級標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0059]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接墊條，其特征在于: 所述墊條用于在對待焊工件焊接前裝配到待焊工件的底部，在所述墊條沿待焊工件的焊縫方向設(shè)置有一開放通腔結(jié)構(gòu)的放氣槽，所述放氣槽與所述待焊工件的焊接匙孔連通。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接墊條，其特征在于，所述放氣槽的長度大于等于所述待焊工件焊縫長度與所述待焊工件的弓I入塊和弓I出塊長度之和。
3.如權(quán)利要求1所述的焊接墊條，其特征在于，所述墊條的厚度為20mm到30mm,所述放氣槽的寬度為2mm到6mm,所述放氣槽的深度為Imm到3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的焊接墊條，其特征在于，在所述待焊工件的焊縫形式為曲線形式的情況下，所述焊接墊條沿放氣槽的水平方向設(shè)計成曲線形式。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的焊接墊條，其特征在于，所述待焊工件的焊接厚度大于等于30mm。
6.一種焊接方法，其特征在于，包括: 將權(quán)利要求1至5中任一項所述的墊條裝配到待焊工件的底部； 將裝配好的待焊工件放置在真空室中； 采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之前，所述方法還包括: 采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，采用上散焦聚焦電流對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行電子束加熱清理，包括: 對所述待焊工件的焊接位置進(jìn)行兩次電子束加熱清理，其中，第一次電子束加熱清理的聚焦電流高于第二次電子束加熱清理的聚焦電流，第一次電子束加熱清理的束流大于第二次電子束加熱清理的束流。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在采用電子束對所述待焊工件進(jìn)行焊接之后，所述方法還包括: 采用上散焦聚焦電流對焊接完的工件的焊縫進(jìn)行電子束表面修整。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，電子束表面修整所采用的散焦電子束的寬度是焊接完的工件的焊縫的上表面寬度的I到1.5倍。
【文檔編號】B23K15/00GK104289807SQ201410513415
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】毛智勇, 付鵬飛, 唐振云, 左從進(jìn), 劉昕, 吳冰, 陶軍, 李晉煒 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所