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电子束焊接钛合金的技术须知

发布日期:2020-08-24 13:27 作者:宝盈现金直营 点击:

  所有的钛及其合金都可用真空电子束焊,它能有效地避免了有害气体的污染,而且电子束的能量密度大,焊缝窄,深宽比大,焊缝角变形小,焊接速度快,焊缝中不易出现粗大的片状α相,因而焊接接头的有效系数可达100%;总的来说,为了防止晶粒长大,焊接时宜采用高电压、小束流的焊接参数。

  电子束焊(EBW)的不足之处是焊缝向母材过渡不平滑,容易出现气孔及焊件结构尺寸受到真空室限止等,为了防止气孔产生,焊前必须严格清理,可采用酸洗或机械切削等方法;为改善焊缝向母材过渡的成形,可采用二道焊,第一道是高功率密度的深熔焊,第二道是低功率密度的修饰焊,这可大幅度提高接头疲劳性能。另外,电子束摆动(频率20~50Hz纵向摆动)可改善焊缝成形、细化晶粒和减少气孔。有时背面加垫板,用以预防未焊透或成形不良。

  1,焊前准备,电子束焊接接头属紧密配合无坡口对接形式,通常有:对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头和端接接头,一般不添加填充金属,要求接和面经机械加工,表面粗糙度一般为1.5~25μm,宽焊缝比窄焊缝对接和面要求可放宽,搭接接头也不必过严。焊前对焊件表面必须进行严格清理,否则易产生焊缝缺陷,力学性能变坏及影响抽气时间;清理方法可用丙酮清洗,清理完后不能再用手或工具触及接头区,以免污染。

  2,焊接操作,启动:真空室内的被焊工件安装好后,关闭真空室门,然后接通冷却水,合上总电源开关。安真空系统的操作顺序启动机械泵和扩散泵,待真空室内的真空度达到预定值时,便进入施焊阶段。焊接:将电子枪的供电电源接通,并逐渐升高电压使之达到所需的数值,然后相应地调节灯丝电流和轰击电压,使有适当小的电子束流射出,在工件上能看出电子束焦点,再调节聚焦电流,使电子束的焦点达到最佳状态。假如焦点偏离接缝,可调节偏转线圈电流或电子枪作横向移动使其对中,此时调节轰击电源使电子束电流达到预定数值,按下启动按钮,工件即按预定速度移动,进入正常焊接状态。停止:焊接结束时必须先逐渐减小偏转电压使电子束焦点离开焊缝,然后把加速电压降到零,并把等丝电源及传动装置的电源降到零值,此后切断高压电源、聚焦偏转电源和传动装置的电源,这样就完成了一次电子束焊接。待工件冷却后,按真空操作顺序从线,焊接参数的选择,如图

  4,提高熔深的措施,电子束焊的最大优点是具有深熔透效应,为了保证获得深熔透效果,除了选择合适的电子束工艺参数外,还可以采取另外一些措施:第一,电子束水平入射焊,当焊接熔深超过100mm时,可以采用电子束水平入射,从侧向进行焊接,因为水平入射侧向焊接时,液态金属在重力向作用下流向偏离电子束轰击路径的方向,对小孔通道的封堵作用降低,此时的焊接方向是自下而上或横向水平施焊。第二,脉冲电子束焊,在同样功率下,采用脉冲电子束焊可有效地增加熔深,因为脉冲电子束的峰值功率比直流电子束高得多,使焊缝获得高得多的峰值温度,金属蒸发速率会以高出一数量级的比例提高;脉冲电子束焊可产生更多的金属蒸汽,蒸汽的反作用力增大使小孔效应增加。第三,变焦电子束焊,极高的功率密度是获得深熔焊的基本条件,电子束功率密度最高的区域在其焦点上。焊接大厚度工件时,可使焦点位置随着工件的熔化速度变化而变化,始终以最大功率密度的电子束轰击待焊工件,但由于变焦的频率、波形、幅值等参数与电子束功率密度、工件厚度、母材金属和焊接速度有关,通常是用计算机自动控制。第四,焊前预热,这样可减少焊接时热量沿焊缝横向的热传导损失,有利于增加熔深,另外,高强度材料焊前预热还可减少裂纹倾响。第五,预制坡口,在深熔焊时,往往有一定量的金属堆积在焊缝表面,如果预开坡口,这些金属会填充坡口,相当于增加了熔深。另外,结构允许时尽量采用穿透焊,因为液态金属的一部分可以在工件的下表面流出,以减少熔化金属在接头表面的堆积,减小液态金属的封口效应,增加熔深,并减少焊根缺陷产生。

  5,大厚度钛合金电子束焊举例,材料TC21,厚度56mm,接头形式是对接;焊接工艺参数为:加速电压55kV、聚焦电流425mA、焊接速度500mm/min、电子束扫描幅值4.0mm、扫描频率300Hz、电子束焦点位于表面以下1/3。焊缝成形效果:上表面焊缝宽度7mm,下表面焊缝宽度4mm,焊缝深宽比约10∶1,接头的热影响区约2mm。

  6,焊后热处理,对于钛合金电子束焊焊后焊缝及热影响区的性能有较大的损失,主要表现为塑性和韧度的损失,一般较重要的工件都需要相应的热处理。

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