[发明专利]一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统

说明书

技术领域

本发明关于电子束加工技术领域，特别是关于电子束的焊接技术，具体的讲是一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统。

背景技术

传统的电子束焊接技术因其能量密度高、热影响区小、焊接质量高等优先，在工程领域中应用十分广泛。但是，有些零件或结构由于对焊接残余应力和变形的控制要求比较高，而且有些材料、零件结构无法进行焊后整体热处理，对经济效益产生重大的影响。为此，现有技术中亟需在电子束焊接过程中尽量控制或降低残余应力和变形。

传统的电子束焊接技术存在如下不足：

（1）.电子束焊接存在残余应力或变形，无法满足某些零件的高精度尺寸要求。

（2）.某些零件由于材料或结构的限制，无法进行后续热处理。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，基于热拉伸效应的基本原理，在电子束焊接过程中，通过在焊缝两侧利用电子束扫描实现的特定形貌的辅助热源进行加热，使受热区膨胀，从而在焊缝及近缝区削弱或消除焊缝及近缝区上压缩塑性应变，并有效降低拉伸残余应力。

本发明的目的之一是，提供一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法，包括：获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求；根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间；根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；电子束焊机根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。

本发明的目的之一是，提供了一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统，包括：电子束焊机以及扫描图形编辑器，所述的扫描图形编辑器，用于获取预焊接的试板的板材厚度、材料种类以及焊接过程中的变形控制要求，根据所述的板材厚度、材料种类以及变形控制要求确定焊接过程中的工艺参数，所述的工艺参数包括辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离、辅助热源与焊接热源的能量分配比例、焊接热源的束流、辅助热源的束流、焊接速度、扫描频率以及焊接时间，根据所述的辅助热源与焊接热源的横向距离、纵向距离编辑扫描图形；所述的电子束焊机，用于根据所述的扫描图形以及所述的工艺参数完成所述试板的焊接过程。

本发明的有益效果在于，提供了一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统，与现有技术相比，借助于多束流技术，通过编辑扫描图形并结合磁场的偏转控制多束流电子束对工件的扫描，实现多热源控制，从而调节焊接过程中的温度场，达到利用热拉伸效应动态控制焊接过程中的应力应变分布、最终控制焊后变形和残余应力的目的，采用后置式热源，扫描图形种类、热源分布位置、束流能量分布均可灵活控制，焊后变形和残余应力控制有效，具有广阔的应用前景。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法的流程图；

图2为图1中的步骤S104的具体流程图；

图3为本发明实施例提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统的示意图；

图4为本发明提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的系统中电子束焊机的结构框图；

图5为本发明提供的一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法中热拉伸效应的示意图；

图6为编辑的扫描图形中焊接热源和辅助热源的位置示意图；

图7为辅助热源的扫描元素种类为M×N点阵的示意图；

图8为辅助热源的扫描元素种类为同心圆的示意图；

图9为辅助热源的扫描元素种类为同心椭圆的示意图；

图10为辅助热源的扫描元素种类为同心矩形阵的示意图；

图11为辅助热源的扫描元素种类为阿基米德螺旋线的示意图；

图12为具体实施例中焊接后的试板的示意图。

具体实施方式