一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)，所述方法包括：獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求；根據(jù)結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流；根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)；電子束焊機(jī)根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程。通過掃描控制系統(tǒng)，結(jié)合校核因子、掃描頻率等其它參數(shù)，通過多束電子束的焊接，實(shí)現(xiàn)焊縫質(zhì)量的提高和應(yīng)力變形的控制，同時(shí)大幅度提升焊接效率。
【專利說明】一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于電子束加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于電子束的焊接技術(shù)，具體的講是一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的工程實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要對帶有端面圓形焊縫的小尺寸高精度零件進(jìn)行電子束焊接。為了保證焊縫成形和內(nèi)部質(zhì)量，目前主要采用如下兩種加工方法:
[0003](I)、通過數(shù)控編程實(shí)現(xiàn)工作臺按照既定的路線(圓形軌跡)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)圓形焊縫的電子束焊接；
[0004](2)、利用電子束焊機(jī)的內(nèi)置偏擺掃描程序，通過設(shè)置合適的程序參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電子束的圓形偏擺掃描，從而實(shí)現(xiàn)電子束對圓形焊縫的電子束焊接。
[0005]上述兩種傳統(tǒng)的電子束焊接技術(shù)存在如下不足:
[0006](I)、通過數(shù)控編程利用工作臺的插補(bǔ)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)電子束圓形焊縫焊接，該方法中電子束焊接精度受限于工作臺的運(yùn)動精度，無法完成具有較高精度要求的零件加工，而且大批量生產(chǎn)時(shí)，加工效率太低。
[0007](2)、通過內(nèi)置偏擺掃描程序?qū)崿F(xiàn)電子束平圓形焊縫焊接，該方法直接掃描出圓形軌跡，焊縫成形不易控制，焊接加熱時(shí)間也不好掌握，無法適用于大批量、高精度的圓形焊縫焊接要求。
[0008]因此，現(xiàn)有技術(shù)中的上述兩種方法均無法實(shí)現(xiàn)大批量高效高精度電子束焊接，無法實(shí)現(xiàn)高精度焊縫質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)，可以通過焊接軌跡規(guī)劃、位置坐標(biāo)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電子束的多束流控制，可以按照軌跡要求，設(shè)計(jì)對應(yīng)的坐標(biāo)文件，通過掃描控制系統(tǒng)，結(jié)合校核因子、掃描頻率等其它參數(shù)，通過多束電子束的焊接，實(shí)現(xiàn)焊縫質(zhì)量的提高和應(yīng)力變形的控制，同時(shí)大幅度提升焊接效率。
[0010]本發(fā)明的目的之一是，提供一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法，包括:獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求；根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，所述的工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流；根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)；電子束焊機(jī)根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程。
[0011]本發(fā)明的目的之一是，提供了一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)，包括:電子束焊機(jī)以及路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成裝置，其中，所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成裝置具體包括:工件特征獲取模塊，用于獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求；工藝參數(shù)確定模塊，用于根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，所述的工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流；掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)確定模塊，用于根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)；路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊，用于根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述的電子束焊機(jī)，用于根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法及系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可通過預(yù)先生成電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)，可以按照軌跡要求，設(shè)計(jì)電子束的掃描路徑，并生成相對應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后上傳至掃描系統(tǒng)中，并結(jié)合校核因子、掃描頻率等其它參數(shù)，通過多束電子束的焊接，實(shí)現(xiàn)焊縫質(zhì)量的提高和應(yīng)力變形的控制，同時(shí)大幅度提升焊接效率。
[0013]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法的流程圖；
[0016]圖2為圖1中的步驟S105的具體流程圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明提供的一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)中電子束焊機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖5為本發(fā)明提供的一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)中路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖6為本發(fā)明提供的一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)中路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖7為當(dāng)選用單束流電子束焊接時(shí)的示意圖；
[0022]圖8為當(dāng)選用多束流電子束焊接時(shí)的示意圖；
[0023]圖9為本發(fā)明提供的具體實(shí)施例中采用的工件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0025]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中通過數(shù)控編程利用工作臺的插補(bǔ)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)電子束圓形焊縫焊接，該方法中電子束焊接精度受限于工作臺的運(yùn)動精度，無法完成具有較高精度要求的零件加工，而且大批量生產(chǎn)時(shí)，加工效率太低；通過內(nèi)置偏擺掃描程序?qū)崿F(xiàn)電子束平圓形焊縫焊接，該方法直接掃描出圓形軌跡，焊縫成形不易控制，焊接加熱時(shí)間也不好掌握，無法適用于大批量、高精度的圓形焊縫焊接要求。本發(fā)明提出一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法，圖1為該方法的具體流程圖，由圖1可知，所述的方法包括:
[0026]SlOl:獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求。根據(jù)該工件的結(jié)構(gòu)特征，即可判斷該工件的焊縫是屬于圓形焊縫還是橢圓形環(huán)形焊縫，如圖9所示的具體實(shí)施例中的工件，在該實(shí)施例中，工件的結(jié)構(gòu)特征為由內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)拼接而成，圖9中，30為外圓環(huán)，10為內(nèi)圓環(huán)，20為焊縫，其中，R=IOOmm, r=60mm，R‘=80mm。
[0027]在該實(shí)施例中，工件的焊縫內(nèi)部質(zhì)量要求為100%通過X光無損檢測，焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求其焊接后橢圓度控制在±0.1mm以內(nèi)。
[0028]S102:根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量、焊接效率以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，所述的工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流。
[0029]根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量、焊接效率以及應(yīng)力變形控制要求確定是否需要采用多束流電子束焊接，N表示所需的電子束束流數(shù)目，N=I，表示只采用單束流。NS 2表示選用多束流電子束焊接，N通常取值為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。
[0030]在圖9所示的具體實(shí)施例中，由于工件的結(jié)構(gòu)特征為由內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)拼接而成，根據(jù)該工件的結(jié)構(gòu)特征，即可判斷該工件的焊縫為圓形焊縫。在該實(shí)施例中，工件的焊縫質(zhì)量為內(nèi)部質(zhì)量要求100%通過X光無損檢測，焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求為其焊接后橢圓度控制在±0.1mm以內(nèi)，因此將工藝參數(shù)電子束束流數(shù)目設(shè)置為N=4，將束流設(shè)定為2mA、形狀校核因子設(shè)定為SW=540、掃描頻率設(shè)定為10Hz、工作電壓設(shè)定為150kV、聚焦電流設(shè)定為2414mA。
[0031]S103:根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)。
[0032]在具體的實(shí)施方式中，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目為I即選用單束流電子束焊接時(shí)，步驟S103通過如下參數(shù)方程進(jìn)行:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的方法，其特征是，所述的方法具體包括: 獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求； 根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，所述的工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流； 根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)； 根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 電子束焊機(jī)根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目為I時(shí)，根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)，具體通過如下參數(shù)方程進(jìn)行:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目不為I時(shí)，根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)具體通過如下參數(shù)方程進(jìn)行:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目為I時(shí)，根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)具體包括: 將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)按照坐標(biāo)點(diǎn)序列遞增的順序進(jìn)行排列，生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目不為I時(shí)，根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)具體包括: 將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)先按照電子束序列遞增的順序進(jìn)行排列，再將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)按照坐標(biāo)點(diǎn)序列遞增的順序進(jìn)行排列，生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是，電子束焊機(jī)根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程具體包括: 將所述的工件置于所述電子束焊機(jī)的真空室內(nèi)； 所述電子束焊機(jī)的掃描控制系統(tǒng)獲取所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 所述電子束焊機(jī)根據(jù)所述的工藝參數(shù)設(shè)置控制平臺；所述電子束焊機(jī)的電子槍完成焊接過程。
7.一種利用對稱電子束焊接軌跡進(jìn)行焊接的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)具體包括電子束焊機(jī)以及路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成裝置， 其中，所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成裝置具體包括: 工件特征獲取模塊，用于獲取預(yù)焊接的工件的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及焊接過程中的應(yīng)力變形控制要求； 工藝參數(shù)確定模塊，用于根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)特征、焊縫質(zhì)量以及應(yīng)力變形控制要求確定焊接過程中的工藝參數(shù)，所述的工藝參數(shù)包括電子束束流數(shù)目、束流、形狀校核因子、掃描頻率、工作電壓、聚焦電流； 掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)確定模塊，用于根據(jù)所述的電子束束流數(shù)目確定電子束的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)； 路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊，用于根據(jù)所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 所述的電子束焊機(jī)，用于根據(jù)所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)完成所述工件的焊接過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目為I時(shí)，所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)確定模塊通過如下參數(shù)方程進(jìn)行:
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目不為I時(shí)，所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)確定模塊通過如下參數(shù)方程進(jìn)行:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目為I時(shí)，所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊具體包括: 第一順序排列單元，用于將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)按照坐標(biāo)點(diǎn)序列遞增的順序進(jìn)行排列，生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)所述的電子束束流數(shù)目不為I時(shí)，所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成模塊具體包括:第二順序排列單元，用于將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)先按照電子束序列遞增的順序進(jìn)行排列； 第三順序排列單元，用于將所述的掃描路徑坐標(biāo)點(diǎn)按照坐標(biāo)點(diǎn)序列遞增的順序進(jìn)行排列，生成路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的電子束焊機(jī)具體包括: 真空室，用于放置所述的工件； 掃描控制系統(tǒng)，用于獲取所述的路徑坐標(biāo)數(shù)據(jù)； 控制平臺，用于根據(jù)所述的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置； 電子槍，用于完成焊接過程 。
【文檔編號】B23K15/00GK103639583SQ201310674210
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】王西昌, 毛智勇, 許恒棟, 付鵬飛, 劉昕, 吳冰 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所