一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝及電子束焊接工藝制造技術

本發明專利技術涉及一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝及電子束焊接工藝，焊接工裝包括底座、環形墊板、上壓環以及多個壓緊套件，環形墊板固定在底座的上端面，上壓環的內圓周面間隔分布有多個用于夾緊鉬柵極的壓塊，底座上沿上壓環的圓周分布有與壓塊數量一致且位置相對應的多個壓緊套件，壓緊套件包括支架和壓緊螺栓，支架固定設置在底座上，壓緊螺栓的頭端可穿過支架上的螺孔并頂緊壓塊。本發明專利技術利用能量密度集中、熱輸入量小的電子束焊接技術對安裝環與柵極進行焊接，能夠保證安裝環與柵極之間的連接質量和尺寸精度，提高兩者之間的結合強度，可明顯延長其使用壽命并且減輕整個航空構件的重量。

Welding tool for titanium alloy mounting ring and molybdenum grid and electron beam welding process

The invention relates to a titanium alloy mounting ring and molybdenum grid welding fixtures and electron beam welding process, welding fixture comprises a base plate, an upper pressing ring ring, and a plurality of clamping ring kit, a backing plate is fixed on an upper end of the base, the inner circumferential surface spaced pressure ring has a plurality of blocks for compression the clamping molybdenum grid, base on the pressure distribution along the circumference of the ring and a plurality of press kit block consistent number and corresponding positions, pressing bolts and suite comprises a bracket, bracket is fixed on the base, the head bolts end through the screw hole on the support and the top pressing block. The electron beam energy density, small amount of heat input welding technology of welding and installation of ring gate using the invention can ensure the connection quality and size precision is arranged between the ring and the gate, to enhance the bonding strength between the two, can obviously prolong the service life and reduce the weight of the entire aviation component.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬材料焊接
，具體涉及一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝及電子束焊接工藝。
技術介紹
航空結構件的體積、重量對航空器使用壽命和運載能力具有至關重要的影響，輕質、高精度、高強度的結構件開發已成為當前航空器件的必然發展趨勢，也是亟待研究的關鍵問題。某航空飛行器中一關鍵結構件采用鉬柵極和鈦合金固定安裝環組成，由于其工作原理限制，尺寸精度要求十分嚴苛，且工作時需在高溫400℃環境中服役，該結構中鉬柵極與鈦合金固定安裝環的連接直接影響了結構設計，由于該結構件壁非常薄，在以往的產品中為保證尺寸精度，連接方式只能采用螺栓緊固，但是給結構設計和使用帶來了諸多弊端，一方面結構和重量均有所增加，另一方面在其工作溫度使用時，經過數次加熱與冷卻后結構件尺寸精度明顯降低，嚴重降低了工作能力和使用壽命。
技術實現思路
本專利技術的目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝及電子束焊接工藝，能夠保證安裝環與柵極之間的連接質量和尺寸精度，提高兩者之間的結合強度，可明顯延長其使用壽命并且減輕整個航空構件的重量。本專利技術為解決上述技術問題，所提供的技術方案是：一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，包括底座、環形墊板、上壓環以及多個壓緊套件，所述環形墊板固定在底座的上端面，環形墊板與上壓環之間形成用于夾持鈦合金安裝環的空間，上壓環的內圓周面間隔分布有多個用于夾緊鉬柵極的壓塊，所述底座上沿上壓環的圓周分布有與壓塊數量一致且位置相對應的多個壓緊套件，壓緊套件包括支架和壓緊螺栓，支架固定設置在底座上，壓緊螺栓的頭端可穿過支架上的螺孔并頂緊壓塊。作為本專利技術一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝的進一步優化：所述壓塊的下端面水平位置高于上壓環的下端面。作為本專利技術一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝的進一步優化：所述上壓環的內圓周面上按照1:1的間隔比例分布有16個壓塊。利用上述焊接工裝對鈦合金安裝環和鉬柵極進行電子束焊接的工藝：將鈦合金安裝環放置于環形墊板上，然后將鉬柵極放置在鈦合金安裝環上，接著在鉬柵極上面放置上壓環，使上壓環內圓周面上的壓塊壓緊鉬柵極，通過調節螺栓保證鈦合金安裝環與鉬柵極之間的處理固定狀態，即組成待焊裝配件，將待焊裝配件置于真空室中進行電子束焊接，焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，拆除焊接工裝后即可。具體包括以下步驟：1、用砂紙清理鉬柵極待焊表面，然后用丙酮或酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待用；2、將鈦合金安裝環放置于環形墊板上，然后將鉬柵極放置在鈦合金安裝環上，接著在鉬柵極上面放置上壓環，使上壓環內圓周面上的壓塊壓緊鉬柵極，通過調節螺栓保證鈦合金安裝環與鉬柵極之間的處理固定狀態，即組成待焊裝配件；3、將待焊裝配件置于真空室中并固定在工作臺面上，使得電子束能夠準確的作用于待焊處，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；4、按工藝參數設定焊接程序，設置焊接方式為1：1斷續焊，且采用環向對稱方式進行焊接；5、焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，整個焊接工作完成。所述步驟4中焊接工藝參數如下：焊接速度300-1500mm/min，加速電壓150kV，電子束束流2-15mA，工作距離200-1000mm。所述步驟2中固定結束后需要保證鈦合金安裝環和鉬柵極之間所有的貼合部位間隙＜0.05mm。有益效果1、本專利技術采用能量集中、熱輸入小、穿透能力強、能量轉化率高、可控性好的電子束作為施焊熱源，使得整個連接過程時間縮短、熱影響區減小，焊接變形程度小，焊接后的航空構件強度明顯有提升，能夠在高溫的工況下連續穩定使用，同時非常有效地減輕了結構復雜程度和重量；2、本專利技術在焊接過程中通過特定的焊接工裝對筒體和機翼進行夾持，能夠有效地控制機翼的平面度、直線度和機翼與筒體的對稱度，并且焊接形成的接頭處變形較小，使得整個航空構件重量較輕，且使用過程中的空氣阻力小；3、本專利技術采用斷續焊方式有效地控制了熱輸入量，同時避免了卡箍對焊縫的遮擋影響；4、本專利技術的焊接工藝，其焊接過程在真空室進行，避免了大氣中有害氣體對焊接接頭性能的影響，有效地提高了接頭綜合性能。附圖說明圖1為本專利技術焊接工裝的結構示意圖Ⅰ；圖2為本專利技術焊接工裝的結構示意圖Ⅱ；圖3為本專利技術焊接工裝中上壓環的結構示意圖；圖4為經本專利技術焊接工藝焊接完成的構件的結構示意圖；圖5為現有技術中鈦合金安裝環和鉬柵極的結構示意圖；圖中標記：1、底座，2、環形墊板，3、上壓環，4、壓塊，5、支架，6、壓緊螺栓，7、鈦合金安裝環，8、鉬柵極。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步的說明：如圖1-3所示:一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，包括底座1、環形墊板2、上壓環3以及多個壓緊套件，所述環形墊板2固定在底座1的上端面，環形墊板2與上壓環3之間形成用于夾持鈦合金安裝環7的空間，上壓環3的內圓周面間隔分布有多個用于夾緊鉬柵極8的壓塊4，本實施例中的上壓環3的內圓周面上按照1:1的間隔比例分布有16個壓塊4，壓塊4的下端面水平位置高于上壓環3的下端面，所述底座1上沿上壓環3的圓周分布有與壓塊4數量一致且位置相對應的多個壓緊套件，壓緊套件包括支架5和壓緊螺栓6，支架5固定設置在底座1上，壓緊螺栓6的頭端可穿過支架5上的螺孔并頂緊壓塊4。如圖5所示：需要焊接的結構件由用于固定位置的鈦合金安裝環7和球面型鉬柵極8組成，其中鈦合金安裝環7約4mm厚，鉬柵極8僅0.4mm厚。正常工作時，需要正反裝配的兩套結構件同時使用，兩套結構件間隙要求要達到0.6（±0.1）mm，因此該結構件需要極高的尺寸精度才能夠滿足使用要求。利于本專利技術的焊接工裝進行飛行器筒體與機翼的電子束焊接工藝，具體包括以下步驟：（1）、用砂紙清理鉬柵極待焊表面，然后用丙酮或酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待用；（2）、將鈦合金安裝環放置于環形墊板上，然后將鉬柵極放置在鈦合金安裝環上，接著在鉬柵極上面放置上壓環，使上壓環內圓周面上的壓塊壓緊鉬柵極，通過調節螺栓保證鈦合金安裝環與鉬柵極之間的處理固定狀態，即組成待焊裝配件；（3）、將待焊裝配件置于真空室中并固定在工作臺面上，使得電子束能夠準確的作用于待焊處，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；（4）、按工藝參數設定焊接程序，設置焊接方式為1：1斷續焊，且采用環向對稱方式進行焊接；（5）、焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，整個焊接工作完成，焊接完成后的構件如圖4所示。本專利技術與現有技術相比，采用本專利技術提供的鈦合金安裝環和鉬柵極真空電子束焊接方法連接后的接頭抗拉強度達到350MPa，低倍金相組織中未發現氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，尺寸精度等綜合性能優于采用鉚接形式連接的結構件。利用X射線探傷儀對按上述步驟完成的真空電子束焊接焊縫進行檢測，焊縫質量滿足GJB1718-2005Ⅰ級要求。以上所述，僅是本專利技術的較佳實施例而已，并非對本專利技術作任何形式上的限制，雖然本專利技術已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本專利技術，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本專利技術技術方案范圍內，當可利用上述揭示的
技術實現思路
作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本專利技術技術方案內容，依據本專利技術的技術實質對以上實施例所作的任何簡單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，其特征在于：包括底座、環形墊板、上壓環以及多個壓緊套件，所述環形墊板固定在底座的上端面，環形墊板與上壓環之間形成用于夾持鈦合金安裝環的空間，上壓環的內圓周面間隔分布有多個用于夾緊鉬柵極的壓塊，所述底座上沿上壓環的圓周分布有與壓塊數量一致且位置相對應的多個壓緊套件，壓緊套件包括支架和壓緊螺栓，支架固定設置在底座上，壓緊螺栓的頭端可穿過支架上的螺孔并頂緊壓塊。

【技術特征摘要】
1.一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，其特征在于：包括底座、環形墊板、上壓環以及多個壓緊套件，所述環形墊板固定在底座的上端面，環形墊板與上壓環之間形成用于夾持鈦合金安裝環的空間，上壓環的內圓周面間隔分布有多個用于夾緊鉬柵極的壓塊，所述底座上沿上壓環的圓周分布有與壓塊數量一致且位置相對應的多個壓緊套件，壓緊套件包括支架和壓緊螺栓，支架固定設置在底座上，壓緊螺栓的頭端可穿過支架上的螺孔并頂緊壓塊。2.如權利要求1所述一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，其特征在于：所述壓塊的下端面水平位置高于上壓環的下端面。3.如權利要求1所述一種鈦合金安裝環和鉬柵極的焊接工裝，其特征在于：所述上壓環的內圓周面上按照1:1的間隔比例分布有16個壓塊。4.利用利要求1所述焊接工裝對鈦合金安裝環和鉬柵極進行電子束焊接的工藝，其特征在于：將鈦合金安裝環放置于環形墊板上，然后將鉬柵極放置在鈦合金安裝環上，接著在鉬柵極上面放置上壓環，使上壓環內圓周面上的壓塊壓緊鉬柵極，通過調節螺栓保證鈦合金安裝環與鉬柵極之間的處理固定狀態，即組成待焊裝配件，將待焊裝配件置于真空室中進行電子束焊接，焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，拆除焊接工裝后即可。5.如權利要求4所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：耿永亮，黃永杰，張云浩，徐家磊，任冠鵬，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七二五研究所，蘭州空間技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：河南;41