專利名稱：快速確定電子束焊接參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其是涉及一種電子束焊接的方法。
背景技術(shù)：
電子束是一種典型的高能束流，將其應(yīng)用于焊接領(lǐng)域具有明顯的特點(diǎn)，如能量密 度高、焊接速度快、深寬比大、焊件變形小、保護(hù)條件好以及控制精確、靈活等，被廣泛應(yīng)用 于難熔材料、活性金屬、異質(zhì)合金和特種結(jié)構(gòu)件的焊接生產(chǎn)。但是影響電子束焊接的參數(shù)眾 多，除了焊接高度、加速電壓、焊接束流、焊接速度、真空室真空度外，還有焦點(diǎn)位置以及掃 描波形、掃描幅度、掃描頻率等等，要想逐一確定，非常困難，尤其是焦點(diǎn)位置，一方面是由 于焦點(diǎn)參數(shù)不直觀、難以直接測量；另一方面是因?yàn)榻裹c(diǎn)對焊接質(zhì)量的影響表現(xiàn)為非線性 關(guān)系；此外，焊接過程的金屬蒸汽還動態(tài)影響焦點(diǎn)位置。工業(yè)生產(chǎn)中各焊件物理參數(shù)、幾何參數(shù)各異，針對某焊件要確定一套匹配的電子 束焊接參數(shù)通常需要經(jīng)過大量的試焊、檢測和反復(fù)修正各焊接參數(shù)，不僅效率低、周期長而 且成本高昂，導(dǎo)致很多企業(yè)對這一先進(jìn)焊接技術(shù)望而止步，一定層度上妨礙了電子束焊接 技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種快速確定電子束焊接參數(shù)的方 法，采用簡單、通用的工藝試驗(yàn)方法，可快速、準(zhǔn)確地確定電子束焊接參數(shù)，滿足工程焊接需 要。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種快速確定電子束焊接參數(shù)的方 法，包括以下步驟
第一步，確定焊接工作距離S;
第二步，根據(jù)電子束焊接設(shè)備特點(diǎn)、性能和待焊工件的材質(zhì)、厚度選定加速電壓Ua和焊 接速度V ；
第三步，確定焊接束流
a)調(diào)整焊接工藝試片高度，使其工作距離與正式產(chǎn)品焊接工作距離相同，然后用小束 流沖擊焊接試片表面，同時調(diào)整聚焦電流，當(dāng)觀察到?jīng)_擊斑點(diǎn)最小、光線最強(qiáng)、飛濺最大時 則獲得該工作距離下的表面聚焦電流I。f;
b)固定其它已確定的焊接參數(shù)，通過數(shù)控編程來線性調(diào)節(jié)焊接束流Ib，根據(jù)焊接試片 反面成形情況及數(shù)控程序計算出工藝試片的臨界穿透束流I。；
c)根據(jù)焊縫驗(yàn)收技術(shù)要求和工藝試片成形質(zhì)量確定焊接束流Ib，焊接束流Ib可限定 在(1-10%) W (1+10%) I。范圍內(nèi);
第四步，確定聚焦電流If 固定其它已確定的焊接參數(shù)，通過數(shù)控編程來線性調(diào)節(jié)聚焦 電流If,聚焦電流If的調(diào)節(jié)可限定在(1-5%) Iof彡If彡(1+5%) I。f范圍內(nèi)，根據(jù)工件焊縫驗(yàn) 收標(biāo)準(zhǔn)和焊縫成形情況選擇一段最佳焊縫，然后測量此焊縫距編程起點(diǎn)的距離Xf，根據(jù)數(shù)控編程確定的關(guān)系曲線計算出聚焦電流If ；
第五步，修正焊接束流Ib 裝上焊接工裝和待焊工件，保證待焊焊縫的工作距離為S，利 用已確定的加速電壓、焊接速度、聚焦電流If和焊接束流Ib進(jìn)行焊接，并根據(jù)焊接情況微調(diào) 焊接束流Ib，以滿足工件焊接要求；對經(jīng)過修正的焊接束流Ib，在正式焊接產(chǎn)品之前應(yīng)在工 件試驗(yàn)件上重新進(jìn)行試焊，以校驗(yàn)焊接參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是利用電子束焊接束流對焊縫形狀的影響 較小，焊縫形狀隨焊接束流變化近似于整體縮放；聚焦電流對焊縫形狀影響較大，隨聚焦 電流的變化，焊縫的熔寬、熔深及成形都急劇變化等規(guī)律，率先將試驗(yàn)方法的著重點(diǎn)放在了 確定聚焦電流，而非通常重點(diǎn)確定焊接束流，在工程實(shí)際應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢，具體表現(xiàn) 為
(1)本發(fā)明是在大量焊接試驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，具有簡單、實(shí)用等特點(diǎn)，用本發(fā)明的 方法確定電子束焊接參數(shù)無需高深的理論基礎(chǔ)和豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)，只需按部就班操作和選 擇判斷即可。(2)本發(fā)明可快速獲得匹配的工藝參數(shù)，無需大量、反復(fù)的焊接試驗(yàn)、焊縫檢測。運(yùn) 用本發(fā)明的方法，針對任一新工件，在同一塊焊接試片上經(jīng)過3 4次試焊即可獲得匹配的 焊接參數(shù)，有效縮短產(chǎn)品交付周期并降低生產(chǎn)成本。(3)通過該發(fā)明可獲得所有主要的電子束焊接參數(shù)而非某個單一參數(shù)，更接近工 程實(shí)用。(4)本發(fā)明揭示了各焊接參數(shù)之間的關(guān)系，可幫助電子束焊接從業(yè)人員進(jìn)一步認(rèn) 識各焊接參數(shù)對焊縫的影響。(5)本發(fā)明獲得的焊接參數(shù)都是在焊接動態(tài)過程中獲得的，真實(shí)反映了焊接時的 復(fù)雜狀態(tài)，其物理意義清晰，工程應(yīng)用簡單、方便、實(shí)用。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發(fā)明方法的流程圖2臨界穿透束流I。確定示意圖； 圖3聚焦電流If確定示意圖。
具體實(shí)施例方式一種快速確定電子束焊接參數(shù)的方法，如圖1所示，包括如下步驟
第一步確定焊接工作距離S。電子束是通過電磁線圈進(jìn)行聚焦的，其工作距離S決定 著聚焦電流的大小，工作距離在一定范圍內(nèi)可自由確定。為保證焊接參數(shù)的快速可移植性， 焊接工藝試片的工作距離應(yīng)與焊接工件的工作距離相同。此外，作為工件焊接前用于摸索 焊接參數(shù)的工藝試片其材質(zhì)、狀態(tài)及厚度等應(yīng)與焊接工件待焊處相同。第二步選定加速電壓Ua和焊接速度ν。電子束的加速電壓和焊接速度與設(shè)備 特點(diǎn)、性能、待焊工件材質(zhì)、厚度等因數(shù)有關(guān)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者參照資料設(shè)定，只需滿足一定 范圍要求即可。第三步按如下方法確定焊接束流Ib。
a)調(diào)整焊接工藝試片高度，使其表面距聚焦線圈端面距離為S，然后用小束流沖 擊焊接試片表面，同時調(diào)整聚焦電流，當(dāng)觀察到?jīng)_擊斑點(diǎn)最小、光線最強(qiáng)、飛濺最大時則獲 得該工作距離下的表面聚焦電流I。f，由于焊接時聚焦焦點(diǎn)動態(tài)變化，此時獲得的表面聚焦 電流I。f可能并不是我們焊接時真正需要的數(shù)值，不過對后續(xù)焊接參數(shù)探索無影響；
b)固定其它已確定的焊接參數(shù)，數(shù)控編程線性調(diào)節(jié)焊接束流Ib，根據(jù)焊接試片反面成 形情況及數(shù)控程序計算出工藝試片的臨界穿透束流I。。如圖2所示，其中X 距編程起點(diǎn)的距離；I 焊接束流；X。焊接試片上臨界穿透點(diǎn) 距編程起點(diǎn)的距離；I。臨界穿透束流；f ( X )距編程起點(diǎn)的距離X與焊接束流I的關(guān)系曲 線，由數(shù)控編程確定。試焊后取出焊接試片，觀察焊縫反面成形，測量臨界穿透點(diǎn)距離編程 起點(diǎn)的距離X。，然后根據(jù)數(shù)控編程確定的關(guān)系曲線f (X)即可計算出臨界穿透束流I。。C)根據(jù)焊縫驗(yàn)收技術(shù)要求和工藝試片成形質(zhì)量確定焊接束流Ib，通常情況下Ib可 在(1-10%) Ic^ Ib^C 1+10%) I。范圍內(nèi)選擇，Ib為一定范圍內(nèi)可連續(xù)變化的數(shù)值，其值的 選擇不僅取決于焊縫驗(yàn)收技術(shù)條件還與操作人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。Ie是臨界穿透電流，意為剛 好焊接透的電流，但此時狀態(tài)很不穩(wěn)定，有可能能熔透，有可能根本就未熔透，當(dāng)工件要求 熔透時應(yīng)該選擇比它大一些的電流，而無需熔透時就該選擇稍微小點(diǎn)的電流。大或者小的 范圍太大的話選擇比較困難，因此一般限定在一定的范圍內(nèi)。第四步確定聚焦電流If。固定其它已確定的焊接參數(shù)，數(shù)控編程線性調(diào)節(jié)聚焦電 流If，聚焦電流If的調(diào)節(jié)可限定在(1-5%) Iof彡If彡(1+5%) I。f范圍內(nèi)，根據(jù)工件焊縫驗(yàn)收 標(biāo)準(zhǔn)和焊縫成形情況選擇一段最佳焊縫，據(jù)此計算出最佳的聚焦電流If。聚焦電流對焊縫 的形狀影響非常大，因此本發(fā)明著重強(qiáng)調(diào)把摸索聚焦電流作為重點(diǎn)，而非通常的以焊接電 流為重點(diǎn)。聚焦分為上聚焦、表面聚焦和下聚焦，表面聚焦飛濺比較大、成形差，因此一般選 擇上聚焦或下聚焦，選擇上聚焦或下聚焦也有個范圍，這個范圍一般可以選擇士5%。如圖3所示，其中X 距編程起點(diǎn)的距離；I 聚焦電流；Xf 焊接試片上最佳焊縫處 距編程起點(diǎn)的距離；if 最佳聚焦電流；f ( X )距編程起點(diǎn)的距離X與聚焦電流I的關(guān)系曲 線，由數(shù)控編程確定。試焊后觀察焊接試片焊縫的成形質(zhì)量，根據(jù)焊縫驗(yàn)收技術(shù)要求選擇一 段最佳焊縫，然后測量此焊縫距編程起點(diǎn)的距離Xf，根據(jù)數(shù)控編程確定的關(guān)系曲線f( X)即 可計算出聚焦電流If。第五步修正焊接束流Ib。裝上焊接工裝和待焊工件，待焊焊縫的工作距離為S， 利用已確定的加速電壓Ua、焊接速度ν、聚焦電流If和焊接束流Ib進(jìn)行焊接，由于工件與 焊接試片的散熱條件有差異，因此焊接工件的參數(shù)與焊接工藝試片的參數(shù)略有區(qū)別，此時 可根據(jù)焊接情況修正焊接束流Ib值，以滿足工件焊接要求。若毫無焊接經(jīng)驗(yàn)，此時還可固 定其它已確定的焊接參數(shù)，數(shù)控編程線性調(diào)節(jié)焊接束流Ib，但此時調(diào)節(jié)的范圍應(yīng)非常小，因 為電子束流變化時真空室的空間電荷效應(yīng)和熱擾動發(fā)生變化，可能會引起聚焦系統(tǒng)的聚焦 能力發(fā)生變化。對經(jīng)過修正的焊接束流Ib，在正式焊接產(chǎn)品之前應(yīng)在工件試驗(yàn)件上重新進(jìn) 行試焊，以校驗(yàn)焊接參數(shù)。
權(quán)利要求
一種快速確定電子束焊接參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟第一步，確定焊接工作距離S； 第二步，根據(jù)電子束焊接設(shè)備特點(diǎn)、性能和待焊工件的材質(zhì)、厚度選定加速電壓Ua和焊接速度ν；第三步，確定焊接束流a)調(diào)整焊接工藝試片高度，使其工作距離與正式產(chǎn)品焊接工作距離相同，然后用小束流沖擊焊接試片表面，同時調(diào)整聚焦電流，當(dāng)觀察到?jīng)_擊斑點(diǎn)最小、光線最強(qiáng)、飛濺最大時則獲得該工作距離下的表面聚焦電流Iof；b)固定其它已確定的焊接參數(shù)，通過數(shù)控編程來線性調(diào)節(jié)焊接束流Ib，根據(jù)焊接試片反面成形情況及數(shù)控程序計算出工藝試片的臨界穿透束流Ic；c)根據(jù)焊縫驗(yàn)收技術(shù)要求和工藝試片成形質(zhì)量確定焊接束流Ib，焊接束流Ib可限定在(1 10%)Ic≤Ib≤(1+10%)Ic范圍內(nèi)；第四步，確定聚焦電流If固定其它已確定的焊接參數(shù)，通過數(shù)控編程來線性調(diào)節(jié)聚焦電流If，聚焦電流If的調(diào)節(jié)可限定在(1 5%)Iof≤If≤(1+5%)Iof范圍內(nèi)，根據(jù)工件焊縫驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和焊縫成形情況選擇一段最佳焊縫，然后測量此焊縫距編程起點(diǎn)的距離Xf，根據(jù)數(shù)控編程確定的關(guān)系曲線計算出聚焦電流If；第五步，修正焊接束流Ib裝上焊接工裝和待焊工件，保證待焊焊縫的工作距離為S，利用已確定的加速電壓、焊接速度、聚焦電流If和焊接束流Ib進(jìn)行焊接，并根據(jù)焊接情況微調(diào)焊接束流Ib，以滿足工件焊接要求；對經(jīng)過修正的焊接束流Ib，在正式焊接產(chǎn)品之前應(yīng)在工件試驗(yàn)件上重新進(jìn)行試焊，以校驗(yàn)焊接參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速確定電子束焊接參數(shù)的方法，包括以下步驟確定焊接工作距離S，選定加速電壓Ua和焊接速度ν；通過臨界穿透束流Ic確定焊接電流Ib；通過表面聚焦電流Iof確定聚焦電流If；修正焊接束流Ib。本發(fā)明的積極效果是利用電子束焊接束流對焊縫形狀的影響較小，焊縫形狀隨焊接束流變化近似于整體縮放；聚焦電流對焊縫形狀影響較大，隨聚焦電流的變化，焊縫的熔寬、熔深及成形都急劇變化等規(guī)律，率先將試驗(yàn)方法的著重點(diǎn)放在了確定聚焦電流，而非通常重點(diǎn)確定焊接束流，在工程實(shí)際應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。
文檔編號B23K15/00GK101954535SQ20101052347
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉志遠(yuǎn), 劉雁斌, 曾雄輝, 王遠(yuǎn)榮, 魏光明 申請人:成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司