一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，涉及焊接技术领域。该方法使用真空电子束能量集中、密度高、熔深大、热输入小等优点，可实现3D打印GH3536高温合金材料的焊接，焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到国家军用标准GJB1718A‑2005《电子束焊接》Ⅰ级要求。 1

An electron beam welding method for 3D printing superalloy pipe structure

The invention relates to an electron beam welding method for 3D printing high-temperature alloy pipe structure, which relates to the welding technology field. The method uses the advantages of energy concentration of vacuum electron beam, high density, large melting depth and small heat input. It can realize the welding of 3D printing GH3536 superalloy material. After welding, the weld seam is formed well, the weld surface has no cracks, pores, sags, bite, welding and so on. The internal quality and the normal temperature mechanical properties of the welding can reach the country. Domestic military standard GJB1718A beam 2005 \electron beam welding\ level I requirements. One

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法
本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法。
技术介绍
如今，3D打印作为20世纪80年代后期发展起来的一项新兴前沿技术，被认为是制造
的一次重大突破。尤其是近十年来，金属材料的增材制造技术不断取得突破，发展尤其迅速。高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性，是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。如何实现3D打印GH3536高温合金材料的焊接，成为了亟待解决的技术问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何实现3D打印GH3536高温合金材料的焊接。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，包括以下步骤：第一步、焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接的试件在焊接面10mm内均进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；第二步、焊前准备：将待焊接试件进行吹砂处理，吹砂后待试件焊接前8h以内采用不锈钢丝刷将待焊部位内外表面距离对焊面10mm范围进行打磨，使其露出金属光泽，且不破坏对接尖角，最后采用丙酮或者无水乙醇擦拭干净，去除零件表面油污、非金属杂质；第三步、装配：使用工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两焊接试件焊接面间隙不大于0.1mm，错边不大于0.1mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边均不大于0.15mm；第四步、氩弧焊定位焊：采用手工氩弧焊对零件进行定位焊，定位焊时对焊缝正反面通氩气进行保护，定位焊后采用不锈钢丝刷对定位焊点进行打磨，然后采用白稠布蘸丙酮或者无水乙醇擦拭干净；第五步：电子束焊接；第六步：焊后质量检查。优选地，第五步具体包括：1)采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具放置在焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度优于1×10-5mbar，真空室真空度优于7×10-4mbar后开始焊接；2)电子束定位焊：真空度满足要求后，先采用电子束流找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置，然后对待焊接试件进行定位焊，定位焊长度约5mm～10mm，间距20mm～30mm；定位焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1955mA-1965mA电子束流：Ib＝3mA-6mA焊接速度：V＝7mm/s偏摆：X＝1.0mm；Y＝0mm3)正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时起弧为100°～120°、熄弧距离均为180°～200°，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；正式焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1955mA-1965mA电子束流：Ib＝24mA-26mA焊接速度：V＝13mm/s偏摆：X＝0.5mm；Y＝0.5mm扫描频率f＝200Hz4)修饰焊：修饰焊视焊缝表面成形情况进行，若表面不存在超过0.2mm的凹陷，则不进行修饰焊；若焊缝表面超过半圈存在大于0.2mm的凹陷，则正式焊接后对焊缝进行修饰焊，修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊接时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；修饰焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝2015mA-2025mA电子束流：Ib＝12mA-14mA焊接速度：V＝13mm/s偏摆：X＝1.0mm-1.5mm；Y＝1.0mm-1.5mm扫描频率f＝200Hz5)焊后将试件在电子束真空舱内冷却10min～15min后再打开真空舱门，待试件完全冷却后松开夹具取出试件。优选地，第六步具体包括：1)焊后采用目视或借助于10倍以下放大镜对电子束焊缝进行外观质量检查，保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬边、凹陷缺陷；2)焊后采用X射线对电子束焊缝进行无损检测，焊缝质量满足GJB1718A-2005中I级焊缝要求；3)对电子束焊缝制取常温拉伸试件，进行接头常温拉伸力学性能测试，焊缝常温拉伸强度达到母材的90％以上。优选地，第四步中定位焊时，氩气流量为10L/min～15L/min，焊丝为HGH536，直径为Ф1.6，焊接电流30A～50A，定位焊点3至4处。优选地，所述待焊接的试件管道壁厚为7mm。优选地，所述待焊接的试件管道直径为Ф69。优选地，所述电子束焊接的接头形式为锁底对接形式。(三)有益效果本专利技术提供一种3D打印GH3536高温合金材料管道结构的真空电子束焊接方法。该方法使用真空电子束能量集中、密度高、熔深大、热输入小等优点，可实现3D打印GH3536高温合金材料的焊接，焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到国家军用标准GJB1718A-2005《电子束焊接》Ⅰ级要求。附图说明图1为3D打印GH3536高温合金材料管道结构真空电子束焊接试件焊缝示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术的目的是提供一种3D打印GH3536高温合金材料管道结构的真空电子束焊接方法。该方法利用电子束真空焊接环境、穿透能力强、能量集中、热输入小等特点，对3D打印GH3536材料实施焊接，3D打印GH3536高温合金材料管道直径为Ф69，管道壁厚为7mm，焊接性能稳定，为便于装配，电子束焊接接头形式为锁底对接形式，锁底厚度建议不小于有效熔深的1/3，该方法包括以下步骤：第一步：焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接的试件焊接面10mm内均进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；第二步：焊前准备：将待焊接试件进行吹砂处理。吹砂后待试件焊接前8h以内采用不锈钢丝刷将待焊部位内外表面距离对焊面10mm范围进行打磨，使其露出金属光泽，且不破坏对接尖角。最后采用丙酮或者无水乙醇擦拭干净，去除零件表面油污、非金属杂质等；第三步：装配：使用工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两焊接试件焊接面间隙不大于0.1mm，错边不大于0.1mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.15mm，如图1所示；第四步：氩弧焊定位焊：采用手工氩弧焊对零件进行定位焊，定位焊时对焊缝正反面通氩气进行保护，氩气流量为10L/min～15L/min，焊丝为HGH536，直径为Ф1.6，焊接电流30A～50A，定位焊点3—4处。定位焊后采用不锈钢丝刷对定位焊点进行打磨，然后采用白稠布蘸丙酮或者无水乙醇擦拭干净。第五步：电子束焊接方案1)采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具、工装放置在所述焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度优于1×10-5mbar，真空室真空度优于7×10-4mbar后开始焊接。2)电子束定位焊：真空度满足要求后，先采用小电流(电子束流)找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置。然后对待焊接试件进行定位焊，定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种3D打印高温合金管道结构电子束焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接的试件在焊接面10mm内均进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；第二步、焊前准备：将待焊接试件进行吹砂处理，吹砂后待试件焊接前8h以内采用不锈钢丝刷将待焊部位内外表面距离对焊面10mm范围进行打磨，使其露出金属光泽，且不破坏对接尖角，最后采用丙酮或者无水乙醇擦拭干净，去除零件表面油污、非金属杂质；第三步、装配：使用工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两焊接试件焊接面间隙不大于0.1mm，错边不大于0.1mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边均不大于0.15mm；第四步、氩弧焊定位焊：采用手工氩弧焊对零件进行定位焊，定位焊时对焊缝正反面通氩气进行保护，定位焊后采用不锈钢丝刷对定位焊点进行打磨，然后采用白稠布蘸丙酮或者无水乙醇擦拭干净；第五步：电子束焊接；第六步：焊后质量检查。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步具体包括：1)采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具放置在焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度优于1×10-5mbar，真空室真空度优于7×10-4mbar后开始焊接；2)电子束定位焊：真空度满足要求后，先采用电子束流找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置，然后对待焊接试件进行定位焊，定位焊长度约5mm～10mm，间距20mm～30mm；定位焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1955mA-1965mA电子束流：Ib＝3mA-6mA焊接速度：V＝7mm/s偏摆：X＝1.0mm；Y＝0mm3)正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时起弧为100°～120°、熄弧距离均为180°～200°，正式焊接时采用圆形波且采...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冬妹，胡晓勇，沈华，许爽，刘岭，李明亮，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11