一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法技术

一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其技术要点是：第一步，制造垫条结构；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数；第三步，调整焊接位置并清理垫条表面；第四步，通过焊接夹具完成上半球和下半球的焊前装配；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划；第六步，对球壳工件进行电子束封焊；第七步，进行电子束修饰焊接；第八步，完成焊接后关闭高压，真空室放气后打开真空室取出焊接工件；采用该技术方案有利于金属蒸汽的排逸，避免了焊缝气孔的缺陷，降低加工误差、提高了焊接过程中束流与焊接位置对中精度，提高了焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法
本专利技术涉及横枪电子束焊接方法
，具体的说是一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法。
技术介绍
在工程实践的许多情况下，如海洋、船舶、化工、电力系统领域，需要针对大厚度、大型球壳结构进行整体化焊接制造，特别是最大直径赤道水平位置的焊接；通常厚度大于50mm、直径大于1.5m，为了获得更好的焊接质量和使用性能，针对此类大尺寸、大厚度球壳结构，如深潜器载人舱俄罗斯采用窄间隙氩弧焊焊接制造，而美国和日本等国家所采用的电子束焊接制造技术，受大型球壳工件结构形式的限制，传统焊接方法面临着如下难点和问题：首先，厚度大、直径大、焊缝长，焊接速度慢，焊接周期长，效率低，例如氩弧焊不仅需要制备焊接坡口、填丝焊接、分层焊接，而且需要多次正反面翻转双面焊接；其次，焊接质量难控制，氩弧焊焊接层数多，焊接时间长，需要进行多次清理，易造成钨夹杂和产生气孔，内部质量难以控制。现有技术中的竖枪电子束焊接需要采用背面锁底垫条，而大型球壳仅允许采用无垫条或薄垫条（小于20mm）结构，焊接工艺裕度小，焊缝背面成形控制难，焊缝根部易产生钉尖和气孔缺陷。另一方面，焊接成本高。氩弧焊需要多套工装夹具，竖枪电子束焊接的工装夹具也较大，因此，焊接成本费用较高。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法。一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，第一步，制造垫条结构；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数；第三步，调整焊接位置并清理垫条表面；第四步，通过焊接夹具完成上半球和下半球的焊前装配；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划；第六步，对球壳工件进行电子束封焊；第七步，进行电子束修饰焊接；第八步，完成焊接后关闭高压，真空室放气后打开真空室取出焊接工件。进一步地，第一步中的垫条结构为圆环垫条，该圆环垫条分为2—6段，每段垫条弧段外径与球壳内径相匹配，垫条宽度20—50mm,厚度5—15mm，圆环垫条的外表面还设有用于排逸金属蒸气的放气槽，该放气槽深度0.5—2mm,宽度3—6mm，垫条边缘倒角2mm×2mm。进一步地，所述第二步中的平板试件的尺寸为200mm×200mm，焊接参数为加速电压Ua为150kV、聚焦电流If1为2380—2410mA、焊接束流Ib1为240—260mA、焊接速度v为8mm/s,以及偏摆扫描圆形、扫描幅值0.2—0.8mm、频率200—800Hz。进一步地，所述第三步中的清理垫条表面为采用钢丝刷机械打磨去除表面氧化膜，露出金属光泽；第四步中的上半球和下半球的焊前装配为采用氩弧焊点焊球壳外表面焊缝位置及内侧的垫条结构，焊接位置的对接间隙小于0.1—0.2mm，焊接位置对接阶差小于0.5mm。进一步地，所述第三步的调整焊接位置并清理垫条表面过程中，将垫条弧段外表面与焊接位置内表面装配贴合，并将放气槽中心与焊缝对齐。进一步地，所述第五步中球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划是指对环形焊缝通过运动系统使工件转动，每间隔10°采用5—20mA小束流进行电子束点焊，记录焊接路径上i个轨迹点，坐标记作（x1，z1）—（xi，zi），轨迹点间采用直线线性差补。进一步地，所述第六步中的对球壳工件电子束封焊过程为采用加速电压Ua为150kV、聚焦电流If2为If1、焊接束流Ib2为40—55mA、焊接速度v为8mm/s的参数进行焊缝，偏摆扫描的参数与前述采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数中的焊接参数相同，实现球壳工件的封焊，当焊接间隙为0.2mm以上时，相应减小焊接束流至Ib－（3—5）mA；。进一步地，所述第七步的进行电子束修饰焊接的过程中，修饰焊接时将束流中心位置向上偏移Δ0.1—0.3mm，调整聚焦电流至上散焦If3为2510mA，扫描参数与前述采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数中的焊接参数相同，焊接束流降低至55mA进行电子束修饰焊接。进一步地，所述第七步的进行电子束修饰焊接的过程中，调整聚焦电流至上散焦If1+（50—150）mA，调整偏摆扫描宽度辐值至原值的1—1.2倍，焊接束流降低至（1/5—1/4）Ib，保证电子束束斑直径为焊缝表面熔宽0.8—1.2倍,旋转球壳工件进行电子束修饰焊接，通过修饰焊接熔化焊缝表面余高以及近缝基材，使其流动填充较大凹陷，使接头区圆滑过渡。本专利技术的优点：1，垫条有利于金属蒸汽的排逸，避免了焊缝气孔、冷隔的缺陷；2，在球壳焊缝长度上离散设计多个点焊位置，作为焊接路径轨迹点，记录轨迹点相对坐标，降低了加工误差、装配误差对焊接位置精度的影响，提高了焊接过程中束流与焊接位置对中精度，提高了焊接质量，改善了焊缝成形；3，采用电子束封焊方式，加强了上、下球壳的定位装配，避免焊接过程中变形、错位、开裂；4，采用束流向上偏移的、散焦的电子束修饰焊接方法，有利于消除焊缝超标的咬边、成形不良的缺陷。附图说明图1是大型球壳的结构示意简图；图2是大型球壳的局部剖视结构示意简图图3是本专利技术的垫条结构的结构示意简图。具体实施例为了使本专利技术更容易被清楚理解，以下结合附图以及实施例对本专利技术的技术方案作以详细说明。实施例1如图1—3所示，一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，第一步，制造垫条结构；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数；第三步，调整焊接位置并清理垫条表面；第四步，通过焊接夹具完成上半球和下半球的焊前装配；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划；第六步，对球壳工件进行电子束封焊；第七步，进行电子束修饰焊接；第八步，完成焊接后关闭高压，真空室放气后打开真空室取出焊接工件。实施例2如图1—3所示，一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，第一步，制造垫条4结构，垫条4结构为圆环垫条，该圆环垫条分为2—6段，每段垫条4弧段外径与球壳内径相匹配，垫条4宽度20—50mm,厚度5—15mm，圆环垫条的外表面还设有用于排逸金属蒸气的放气槽，该放气槽深度0.5—2mm,宽度3—6mm，垫条4边缘倒角2mm×2mm；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数，平板试件的尺寸为200mm×200mm，焊接参数为加速电压Ua为150kV、聚焦电流If1为2380—2410mA、焊接束流Ib1为240—260mA、焊接速度v为8mm/s,以及偏摆扫描圆形、扫描幅值0.2—0.8mm、频率200—800Hz；第三步，调整焊接位置并清理垫条4表面，清理垫条4表面为采用钢丝刷机械打磨去除表面氧化膜，露出金属光泽，该过程中将垫条4弧段外表面与焊接位置内表面装配贴合，并将放气槽中心与焊缝2对齐；第四步，通过焊接夹具完成上半球1和下半球3的焊前装配，采用氩弧焊点焊球壳外表面焊缝2位置及内侧的垫条4结构，焊接位置的对接间隙小于0.1—0.2mm，焊接位置对接阶差小于0.5mm；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划，对环形的焊缝2通过运动系统使工件转动，每间隔10°，采用5—20mA小束流进行电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：第一步，制造垫条结构；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数；第三步，调整焊接位置并清理垫条表面；第四步，通过焊接夹具完成上半球和下半球的焊前装配；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划；第六步，对球壳工件进行电子束封焊；第七步，进行电子束修饰焊接；第八步，完成焊接后关闭高压，真空室放气后打开真空室取出焊接工件。

【技术特征摘要】
1.一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：第一步，制造垫条结构；第二步，电子枪调换到横枪位置，采用平板试件进行电子束焊接工艺试验并确定焊接参数；第三步，调整焊接位置并清理垫条表面；第四步，通过焊接夹具完成上半球和下半球的焊前装配；第五步，将装配好的零件装入真空室后完成球壳的电子束点焊定位和焊接路径的规划；第六步，对球壳工件进行电子束封焊；第七步，进行电子束修饰焊接；第八步，完成焊接后关闭高压，真空室放气后打开真空室取出焊接工件。2.根据权利要求1所述的一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：第一步中的垫条结构为圆环垫条，该圆环垫条分为2—6段，每段垫条弧段外径与球壳内径相匹配，垫条宽度20—50mm,厚度5—15mm，圆环垫条的外表面还设有用于排逸金属蒸气的放气槽，该放气槽深度0.5—2mm,宽度3—6mm，垫条边缘倒角2mm×2mm。3.根据权利要求1所述的一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：所述第二步中的平板试件的尺寸为200mm×200mm，焊接参数为加速电压Ua为150kV、聚焦电流If1为2380—2410mA、焊接束流Ib1为240—260mA、焊接速度v为8mm/s,以及偏摆扫描圆形、扫描幅值0.2—0.8mm、频率200—800Hz。4.根据权利要求1所述的一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：所述第三步中的清理垫条表面为采用钢丝刷机械打磨去除表面氧化膜，露出金属光泽；第四步中的上半球和下半球的焊前装配为采用氩弧焊点焊球壳外表面焊缝位置及内侧的垫条结构，焊接位置的对接间隙小于0.1—0.2mm，焊接位置对接阶差小于0.5mm。5.根据权利要求1或4所述的一种大型球壳水平焊缝横枪电子束焊接方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：付鹏飞，毛智勇，唐振云，王西昌，崔向中，李凯，张田，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11