铝合金局部真空电子束焊接工艺研究

作者:刘志华;雷学锋;赵兵;赵增辉;赵青 刊名:核技术 上传者:魏童班

【摘要】阐述了铝合金法兰环缝典型结构样件局部真空电子束焊接工艺试验的情况 ,分析了铝合金焊接气孔的产生原因及采取相应的工艺措施 ,研究出铝合金局部真空电子束焊接工艺

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战略导弹燃料贮箱前、后底法兰在国内是采用手工氩弧焊工艺进行焊接,由于其热输入量较大,因此焊接变形和残余应力较大,为提高产品质量,国外采用局部真空电子束焊接工艺。由于燃料贮箱前、后底法兰环缝直径一般都在2以上,结构较大,如果完全放在真空室中焊接,需要巨大的真空室,设备造价很高,而采用局部真空电子束焊接工艺,只要在被焊法兰环缝局部区域形成真空环境,然后进行电子束焊接,所以非常灵活方便。60年代中期,美国、德国就已有关于局部真空电子束焊接方面的研究和专利。70年代,法国研制出十多种类型的直缝和环缝局部真空电子束焊机[1]。前苏联将局部真空电子束焊接技术用于“能源号”火箭燃料贮箱铝合金壳体的焊接,其纵缝、对接环缝及法兰环缝焊接时采用了7种局部真空电子束焊机[2]。国内在“九五”期间,航天材料及工艺研究所与中国科学院电工研究所合作研制了国内第一台法兰环缝局部真空电子束焊机(专利号:002631776.6)[3,4]。电子枪与上真空室采用动密封结构,工件与上、下真空室间为静密封结构。焊接时电子枪可以实现极坐标运动,电子枪径向移动采用步进电机驱动,光栅尺检测位移;圆周方向转动通过交流伺服电机驱动,光码盘检测角位移。二次电子焊缝对中系统用于实现焊缝轨迹示教。采用两级微机控制,可编程序控制器()控制焊接参数可实现柔性焊接,即可焊接直径为100300的法兰环缝。局部真空高真空度510-3,高于国外同类产品水平。在此基础上,我们开展6铝合金局部真空电子束焊接工艺研究,探索焊接工艺并使焊接质量达到标准要求。1试验方法及设备试验采用的局部真空电子束焊接设备如图1所示。试验材料为6铝合金,厚度为5,其化学成分见表1。表16铝合金化学成分16(%)5.86.80.500.80.400.400.200.100.020.100.00010.005余量焊接时不填丝,单边预留凸台。焊接接头型式为板型对接接头,焊前酸洗,焊接规范见表2,焊后的法兰环缝典型结果焊接样件见图2,其焊缝直径为200,以此模拟战略导弹贮箱前、后底法兰环缝结构,焊接质量符合1718-93级焊缝要求。表2局部真空电子束焊接法兰环缝典型结构件规范2试样编号.加速电压/焊接束流/聚焦电流/焊接速度/-1工作距离/6#60326270.7260图1法兰环缝局部真空电子束焊接设备.1图2法兰环缝焊接典型结构样件照片.22结果及讨论铝合金电子束焊时对束流十分敏感,尤其是对于厚度大于3的铝合金结构,束流偏小易产生未焊透,而束流偏大焊缝金属则易下塌,从而导致焊缝正面凹陷。要选择合适的焊接参数,控制焊缝的背面成形。为此采用表面下聚焦,并在焊缝法兰一侧预留单边凸台作为填充金属,实现了良好的焊缝成形。铝合金电子束焊接的难点之一是焊接气孔。这是由于铝及其合金的化学活泼性很强,表面极易形成氧化膜,且多属于难熔性质(如23的熔点为2050,熔点约为2500)。由于氧化膜的比重同铝的比重及其接近,所以也容易成为焊缝金属的夹杂物。通常自然形成的氧化膜由于不很致密(有存在),可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。因此,铝及其合金电子束焊时最常见的缺陷,就是焊缝气孔。尤其纯铝和防锈铝,焊缝气孔是焊接所遇到的主要问题。为防止焊缝气孔,可从两方面着手:(1)减少氢的来源;(2)在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出或采取措施使氢无法聚集形成气孔。对于电子束焊接减少氢的来源,应从减少母材含氢量入手,国外焊接用板材有专门的技术条件,规定母材中含氢量小于0.4/100金属,但国内未进行控制。焊铝合金时,通常是采用较大的热输入量及较低的焊接速度,目的

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