钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，特别是涉及钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，包括步骤：分析高立筋的高度及高立筋两侧的腹板段的长度尺寸，构建第一腹板段与高立筋组成的双层型面区，以及第二腹板段的单层型面区；调整装配角度以降低双层型面区的高度，设计焊接方向；依据双层型面区的第一腹板段与高立筋的水平投影长度关系，设计上下层型面的引束流块长度，实现先第一腹板段起束流焊接，再高立筋起束流焊接，逐渐完成双层型面区焊接；调控电子束的聚焦位置，使聚焦位置向下偏离双层型面区的中剖面；进行焊接热输入参数调控，实现电子束焊接一次成形，观察焊缝成形，检测焊缝内部质量。本发明专利技术解决高立筋结构精密焊接制造困难的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，特别是涉及钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法。

技术介绍

[0002]航空、航天领域为实现轻量化、高刚性、高承载能力等特性，大量采用了钛合金带筋结构。对于高立筋钛合金结构，由于具有立体结构特征，高立筋钛合金结构超出了锻造、铸造等整体制造能力；同时若采用大厚度整体锻造坯料，由于结构具有壁厚薄、高直角立筋等特征，长直或大型构件的数控精加工易超差、加工难度大。
[0003]目前，常规制造方法是将高立筋结构拆分小尺寸组件，采用外加辅助的角盒、耳片，虽然可通过铆钉机械连接装配整体，但将带来机械连接增重、承载能力低等问题。经分析，焊接连接是一种理想的解决方案，但对于高立筋薄壁截面，常规手工熔焊方法焊接变形大、缺陷控制难，无法满足高焊接质量、高尺寸精度等要求。而电子束焊接具有能量密度高、热输入低、焊接热影响窄、焊接质量高、自动化程度高等优点，适用于等厚度截面焊接，被广泛应用于航空、航天、兵器、电子、船舶行业的精密零件结构的焊接制造。但是对于高立筋结构，大厚度等截面电子束焊接后数控精加工方法也是不适用的。因为数控精加工后采用电子束焊接高立筋截面组件拼焊位整体，面临着腹板平面与高立筋的相互位置影响，同时两者过渡区域也存在焊接质量控制难题。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术实施例提供了钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，解决高立筋结构精密焊接制造困难的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术的实施例提出了钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，包括步骤：
[0008]S1，分析高立筋的高度及高立筋两侧的腹板段的长度尺寸，构建第一腹板段与高立筋组成的双层型面区，以及第二腹板段的单层型面区；
[0009]S2，调整装配角度以降低双层型面区的高度，设计焊接方向；
[0010]S3，依据双层型面区的第一腹板段与高立筋的水平投影长度关系，设计上下层型面的引束流块长度，实现先第一腹板段起束流焊接，再高立筋起束流焊接，逐渐完成双层型面区焊接；
[0011]S4，调控电子束的聚焦位置，使聚焦位置向下偏离双层型面区的中剖面；
[0012]S5，进行焊接热输入参数调控，实现电子束焊接一次成形，观察焊缝成形，检测焊缝内部质量。
[0013]进一步地，所述第一腹板段的长度大于或等于所述第二腹板段的长度。
[0014]进一步地，在S2中，所述装配角度选取45
°
。
[0015]进一步地，在S2中，选择从双层型面向单层型面过渡的方向为焊接方向。
[0016]进一步地，在S3中，所述第一腹板段的起始端设置有第一引束流块，所述高立筋的起始端设置有第二引束流块，所述第二腹板段的结束端设置有收束流块。
[0017]进一步地，所述第一腹板段的水平投影长度大于或等于所述高立筋的水平投影长度，所述第一引束流块的长度为50mm～60mm，所述第二引束流块的长度为20mm～30mm。
[0018]进一步地，所述所述第一腹板段的水平投影长度小于所述高立筋的水平投影长度，所述第一引束流块的长度为在50mm～60mm的基础上增加高立筋的长度与第一腹板段的长度的差值，所述第二引束流块的长度为20mm～30mm。
[0019]进一步地，所述收束流块的厚度为2mm～5mm，长度为30mm～50mm。
[0020]进一步地，在S4中，在双层型面区中剖面位置的聚焦电流基础上，将电子束减小聚焦电流10mA～50mA，单层型面区聚焦电流对应高度位置进行调控。
[0021](三)有益效果
[0022]综上，本专利技术具有以下优点：
[0023]1、基于高立筋高度及两侧腹板段长度尺寸的分析，选择尺寸较长的腹板段与高立筋组成双层型面区，在45
°
装配角度条件下设计从双层型面区向单层型面区过渡的焊接方向，为高立筋结构一次焊接成形提供基础条件，可提高焊接工艺的稳定性和焊缝成形的质量；
[0024]2、依据双型面区的腹板段与高立筋的水平投影长度关系，设计上层腹板段型面的引束流块长度大于下层高立筋引束流块长度，且补偿与高立筋长度差，实现同一束流焊接时先上层腹板段起束流焊接、再高立筋型面起束流焊接，逐渐完成双层型面焊接，保证起束流、焊接束流的平稳过渡，降低引/收束流部分缺陷，提高高立筋型面结构焊接质量，有利于焊接工艺的稳定性控制；
[0025]3、基于聚焦位置的向下偏心调控，使电子束活性区更靠近于下层型面，提高下层金属的焊接成形质量，有利于解决双层型面间距离大而造成的成形问题。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例的钛合金高筋焊接结构的正视示意图；
[0028]图2是图1的侧视示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例的焊接截面示意图；
[0030]图4是本专利技术实施例的焊接装配示意图；
[0031]图5是本专利技术实施例的引/收束流块设置示意图；
[0032]图6是本专利技术实施例的聚焦电流工艺调控示意图；
[0033]图中：1、第一腹板段；2、第二腹板段；3、高立筋；4、缘条；5、电子束；6、焊接截面；7、第一引束流块；8、第二引束流块；9、收束流块。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036]请参考图1～图3，钛合金高筋焊接结构由腹板、高立筋3和缘条4组成，其中焊接截面6的位置位于两工件对接的腹板之间和高立筋3之间。在焊接截面6中，腹板垂直于高立筋3，高立筋3的高度HJ为100mm～150mm，腹板与高立筋3的厚度δ为2mm～8mm，腹板的长度为L1+L2+δ，将腹板中较长的区段定义为第一腹板段1，其长度定义为L1，较短的区段定义为第二腹板段2，其长度定义为L2，即L1＞L2＞δ。
[0037]采用一次电子束5焊接成形，可避免分次、分段的起收束流搭接气孔、未焊透等缺陷，可提高腹板与高立筋3过渡区域的焊接质量，同时可降低焊接变形。一次焊接成形是指从腹板的一端向另一端焊接，由于存在高立筋3，无法采用垂直于腹板的方式焊接，需要调整装配角度，从腹板的第一腹板段1的端点起始焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，其特征在于，包括步骤：S1，分析高立筋的高度及高立筋两侧的腹板段的长度尺寸，构建第一腹板段与高立筋组成的双层型面区，以及第二腹板段的单层型面区；S2，调整装配角度以降低双层型面区的高度，设计焊接方向；S3，依据双层型面区的第一腹板段与高立筋的水平投影长度关系，设计上下层型面的引束流块长度，实现先第一腹板段起束流焊接，再高立筋起束流焊接，逐渐完成双层型面区焊接；S4，调控电子束的聚焦位置，使聚焦位置向下偏离双层型面区的中剖面；S5，进行焊接热输入参数调控，实现电子束焊接一次成形，观察焊缝成形，检测焊缝内部质量。2.根据权利要求1所述的钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，其特征在于，所述第一腹板段的长度大于或等于所述第二腹板段的长度。3.根据权利要求1所述的钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，其特征在于，在S2中，所述装配角度选取45
°
。4.根据权利要求1所述的钛合金高立筋结构一次电子束焊接成形方法，其特征在于，在S2中，选择从双层型面向单层型面过渡的方向为焊接方向。5.根据权利要求1所述的钛合金高立筋结构一次电子束焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：付鹏飞，李立航，唐振云，毛智勇，赵桐，耿康，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：