本發(fā)明涉及橫槍電子束焊接方法技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種大型球殼水平焊縫橫槍電子束焊接方法。

背景技術(shù)：

在工程實(shí)踐的許多情況下，如海洋、船舶、化工、電力系統(tǒng)領(lǐng)域，需要針對(duì)大厚度、大型球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體化焊接制造，特別是最大直徑赤道水平位置的焊接；通常厚度大于50mm、直徑大于1.5m，為了獲得更好的焊接質(zhì)量和使用性能，針對(duì)此類(lèi)大尺寸、大厚度球殼結(jié)構(gòu)，如深潛器載人艙俄羅斯采用窄間隙氬弧焊焊接制造，而美國(guó)和日本等國(guó)家所采用的電子束焊接制造技術(shù)，受大型球殼工件結(jié)構(gòu)形式的限制，傳統(tǒng)焊接方法面臨著如下難點(diǎn)和問(wèn)題： 首先，厚度大、直徑大、焊縫長(zhǎng)，焊接速度慢，焊接周期長(zhǎng)，效率低，例如氬弧焊不僅需要制備焊接坡口、填絲焊接、分層焊接，而且需要多次正反面翻轉(zhuǎn)雙面焊接；其次，焊接質(zhì)量難控制，氬弧焊焊接層數(shù)多，焊接時(shí)間長(zhǎng)，需要進(jìn)行多次清理，易造成鎢夾雜和產(chǎn)生氣孔，內(nèi)部質(zhì)量難以控制?，F(xiàn)有技術(shù)中的豎槍電子束焊接需要采用背面鎖底墊條，而大型球殼僅允許采用無(wú)墊條或薄墊條（小于20mm）結(jié)構(gòu)，焊接工藝裕度小，焊縫背面成形控制難，焊縫根部易產(chǎn)生釘尖和氣孔缺陷。另一方面，焊接成本高。氬弧焊需要多套工裝夾具，豎槍電子束焊接的工裝夾具也較大，因此，焊接成本費(fèi)用較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是解決以上技術(shù)中存在的問(wèn)題，并為此提供一種大型球殼水平焊縫橫槍電子束焊接方法。

一種大型球殼水平焊縫橫槍電子束焊接方法，第一步，制造墊條結(jié)構(gòu)；第二步，電子槍調(diào)換到橫槍位置，采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)；第三步，調(diào)整焊接位置并清理墊條表面；第四步，通過(guò)焊接夾具完成上半球和下半球的焊前裝配；第五步，將裝配好的零件裝入真空室后完成球殼的電子束點(diǎn)焊定位和焊接路徑的規(guī)劃；第六步，對(duì)球殼工件進(jìn)行電子束封焊；第七步，進(jìn)行電子束修飾焊接；第八步，完成焊接后關(guān)閉高壓，真空室放氣后打開(kāi)真空室取出焊接工件。

進(jìn)一步地，第一步中的墊條結(jié)構(gòu)為圓環(huán)墊條，該圓環(huán)墊條分為2—6段，每段墊條弧段外徑與球殼內(nèi)徑相匹配，墊條寬度20—50mm,厚度5—15mm，圓環(huán)墊條的外表面還設(shè)有用于排逸金屬蒸氣的放氣槽，該放氣槽深度0.5—2mm,寬度3—6mm，墊條邊緣倒角2mm×2mm。

進(jìn)一步地，所述第二步中的平板試件的尺寸為200mm×200mm，焊接參數(shù)為加速電壓U_a為150kV、聚焦電流I_f1為2380—2410mA、焊接束流I_b1為240—260mA、焊接速度v為8mm/s,以及偏擺掃描圓形、掃描幅值 0.2—0.8mm、頻率200—800Hz。

進(jìn)一步地，所述第三步中的清理墊條表面為采用鋼絲刷機(jī)械打磨去除表面氧化膜，露出金屬光澤；第四步中的上半球和下半球的焊前裝配為采用氬弧焊點(diǎn)焊球殼外表面焊縫位置及內(nèi)側(cè)的墊條結(jié)構(gòu)，焊接位置的對(duì)接間隙小于0.1—0.2mm，焊接位置對(duì)接階差小于0.5mm。

進(jìn)一步地，所述第三步的調(diào)整焊接位置并清理墊條表面過(guò)程中，將墊條弧段外表面與焊接位置內(nèi)表面裝配貼合，并將放氣槽中心與焊縫對(duì)齊。

進(jìn)一步地，所述第五步中球殼的電子束點(diǎn)焊定位和焊接路徑的規(guī)劃是指對(duì)環(huán)形焊縫通過(guò)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使工件轉(zhuǎn)動(dòng)，每間隔10°采用5—20mA小束流進(jìn)行電子束點(diǎn)焊，記錄焊接路徑上i個(gè)軌跡點(diǎn)，坐標(biāo)記作（x1，z1）—（xi，zi），軌跡點(diǎn)間采用直線線性差補(bǔ)。

進(jìn)一步地，所述第六步中的對(duì)球殼工件電子束封焊過(guò)程為采用加速電壓U_a為150kV、聚焦電流I_f2為 I_f1、焊接束流I_b2為40—55mA、焊接速度v為8mm/s的參數(shù)進(jìn)行焊縫，偏擺掃描的參數(shù)與前述采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)中的焊接參數(shù)相同，實(shí)現(xiàn)球殼工件的封焊，當(dāng)焊接間隙為0.2mm以上時(shí)，相應(yīng)減小焊接束流至I_b－（3—5）mA；。

進(jìn)一步地，所述第七步的進(jìn)行電子束修飾焊接的過(guò)程中，修飾焊接時(shí)將束流中心位置向上偏移Δ0.1—0.3 mm，調(diào)整聚焦電流至上散焦I_f3為2510mA，掃描參數(shù)與前述采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)中的焊接參數(shù)相同，焊接束流降低至55mA進(jìn)行電子束修飾焊接。

進(jìn)一步地，所述第七步的進(jìn)行電子束修飾焊接的過(guò)程中，調(diào)整聚焦電流至上散焦I_f1+（50—150）mA，調(diào)整偏擺掃描寬度輻值至原值的1—1.2倍，焊接束流降低至（1/5—1/4）I_b，保證電子束束斑直徑為焊縫表面熔寬0.8—1.2倍,旋轉(zhuǎn)球殼工件進(jìn)行電子束修飾焊接，通過(guò)修飾焊接熔化焊縫表面余高以及近縫基材，使其流動(dòng)填充較大凹陷，使接頭區(qū)圓滑過(guò)渡。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1，墊條有利于金屬蒸汽的排逸，避免了焊縫氣孔、冷隔的缺陷；

2，在球殼焊縫長(zhǎng)度上離散設(shè)計(jì)多個(gè)點(diǎn)焊位置，作為焊接路徑軌跡點(diǎn)，記錄軌跡點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，降低了加工誤差、裝配誤差對(duì)焊接位置精度的影響，提高了焊接過(guò)程中束流與焊接位置對(duì)中精度，提高了焊接質(zhì)量，改善了焊縫成形；

3，采用電子束封焊方式，加強(qiáng)了上、下球殼的定位裝配，避免焊接過(guò)程中變形、錯(cuò)位、開(kāi)裂；

4，采用束流向上偏移的、散焦的電子束修飾焊接方法，有利于消除焊縫超標(biāo)的咬邊、成形不良的缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1是大型球殼的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖2是大型球殼的局部剖視結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

圖3是本發(fā)明的墊條結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施例

為了使本發(fā)明更容易被清楚理解，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作以詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1—3所示，一種大型球殼水平焊縫橫槍電子束焊接方法，第一步，制造墊條結(jié)構(gòu)；第二步，電子槍調(diào)換到橫槍位置，采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)；第三步，調(diào)整焊接位置并清理墊條表面；第四步，通過(guò)焊接夾具完成上半球和下半球的焊前裝配；第五步，將裝配好的零件裝入真空室后完成球殼的電子束點(diǎn)焊定位和焊接路徑的規(guī)劃；第六步，對(duì)球殼工件進(jìn)行電子束封焊；第七步，進(jìn)行電子束修飾焊接；第八步，完成焊接后關(guān)閉高壓，真空室放氣后打開(kāi)真空室取出焊接工件。

實(shí)施例2

如圖1—3所示，一種大型球殼水平焊縫橫槍電子束焊接方法，第一步，制造墊條4結(jié)構(gòu)，墊條4結(jié)構(gòu)為圓環(huán)墊條，該圓環(huán)墊條分為2—6段，每段墊條4弧段外徑與球殼內(nèi)徑相匹配，墊條4寬度20—50mm,厚度5—15mm，圓環(huán)墊條的外表面還設(shè)有用于排逸金屬蒸氣的放氣槽，該放氣槽深度0.5—2mm,寬度3—6mm，墊條4邊緣倒角2mm×2mm；第二步，電子槍調(diào)換到橫槍位置，采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)，平板試件的尺寸為200mm×200mm，焊接參數(shù)為加速電壓U_a為150kV、聚焦電流I_f1為2380—2410mA、焊接束流I_b1為240—260mA、焊接速度v為8mm/s,以及偏擺掃描圓形、掃描幅值0.2— 0.8mm、頻率200—800Hz；第三步，調(diào)整焊接位置并清理墊條4表面，清理墊條4表面為采用鋼絲刷機(jī)械打磨去除表面氧化膜，露出金屬光澤，該過(guò)程中將墊條4弧段外表面與焊接位置內(nèi)表面裝配貼合，并將放氣槽中心與焊縫2對(duì)齊；第四步，通過(guò)焊接夾具完成上半球1和下半球3的焊前裝配，采用氬弧焊點(diǎn)焊球殼外表面焊縫2位置及內(nèi)側(cè)的墊條4結(jié)構(gòu)，焊接位置的對(duì)接間隙小于0.1—0.2mm，焊接位置對(duì)接階差小于0.5mm；第五步，將裝配好的零件裝入真空室后完成球殼的電子束點(diǎn)焊定位和焊接路徑的規(guī)劃，對(duì)環(huán)形的焊縫2通過(guò)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使工件轉(zhuǎn)動(dòng)，每間隔10°，采用5—20mA小束流進(jìn)行電子束點(diǎn)焊，記錄焊接路徑上i個(gè)軌跡點(diǎn)，坐標(biāo)記作（x1，z1）—（xi，zi），軌跡點(diǎn)間采用直線線性差補(bǔ)；第六步，對(duì)球殼工件進(jìn)行電子束封焊，采用加速電壓U_a為150kV、聚焦電流I_f2為 I_f1、焊接束流I_b2為40—55mA、焊接速度v為8mm/s的參數(shù)進(jìn)行焊縫，偏擺掃描的參數(shù)與前述采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)中的焊接參數(shù)相同，實(shí)現(xiàn)球殼工件的封焊，當(dāng)焊接間隙為0.2mm以上時(shí)，相應(yīng)減小焊接束流至I_b－（3—5）mA；第七步，進(jìn)行電子束修飾焊接，焊接參數(shù)也與前述第二步中的采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)中的焊接參數(shù)相同，修飾焊接時(shí)將束流中心位置向上偏移Δ0.1—0.3 mm，調(diào)整聚焦電流至上散焦I_f為2510mA，掃描參數(shù)與前述采用平板試件進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)并確定焊接參數(shù)中的焊接參數(shù)相同，焊接束流降低至55mA進(jìn)行電子束修飾焊接，調(diào)整聚焦電流至上散焦I_f1+（50—150）mA，調(diào)整偏擺掃描寬度輻值至原值的1—1.2倍，焊接束流降低至（1/5—1/4）I_b，保證電子束束斑直徑為焊縫表面熔寬0.8—1.2倍,旋轉(zhuǎn)球殼工件進(jìn)行電子束修飾焊接，通過(guò)修飾焊接熔化焊縫表面余高以及近縫基材，使其流動(dòng)填充較大凹陷，使接頭區(qū)圓滑過(guò)渡；第八步，完成焊接后關(guān)閉高壓，真空室放氣后打開(kāi)真空室取出焊接工件。

采用該方法之后，去除焊縫背面墊條4進(jìn)行射線探傷檢查，焊縫2質(zhì)量滿(mǎn)足JB4730.2標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)，無(wú)超標(biāo)氣孔等缺陷，焊接變形尺寸可控制在2mm以?xún)?nèi)。