[发明专利]一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法

说明书

本发明涉及一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法，通过移动平台移动加热装置，使待焊工件置于加热装置内部，夹持工装和加热装置形成密闭箱体结构，在真空环境下实现高温预热，有效降低冷却速率，避免焊缝及热影响区中淬硬组织产生，获得综合性能更优的焊接接头；有效防止预热温度较高时出现氧化现象，能够满足常规工件和试板工艺开发阶段的真空预热电子束焊接使用，且预热温度在50‑1000℃均匀可控。

技术领域

本发明属于金属材料焊接领域，具体涉及一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法。

背景技术

随着材料科学的发展，新型高强钛合金、高强钢在应用需求日益增加，然而由于材料强度提升，高强合金焊接时有较高的冷裂纹敏感性，同时焊接后急速冷却会造成内部大量马氏体生成，焊缝区域塑韧性严重下降，难以满足工程应用要求；经过试验研究，采用预热焊接方式能够有效改善接头性能，然而当预热温度高时，手工焊接实施难度显著增加，尤其当预热温度高于300℃后，高强钛合金表面会与空气中氢、氧发生反应，温度高于500℃后会与氮气发生反应，无法在大气环境下实施。

真空电子束焊接在真空条件下进行焊接，能够有效避免氧化问题，然而受真空加热环境限制，电子束焊机内部通常不能够进行加热，现有技术仅能通过散焦预热方式进行焊前预热，但电子束散焦预热仅对薄板（≤10mm）有效，且预热温度难以控制，存在显著温度梯度、温度均匀性较差的问题，实际工程应用中工件厚度将达到100mm以上，采用散焦预热已无法满足需求，因此，急需一种针对高强合金大厚度工件的真空条件下预热焊接工艺。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法，在真空环境下通过加热装置进行预热，能够有效保证高强合金焊接质量，不仅能够有效避免焊接裂纹倾向，消除焊接缺陷，同时能够优化焊接接头冷却速率，获得最佳的组织形态，保证接头的综合力学性能，满足工程使用的要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大厚度工件真空预热电子束焊接方法，待焊工件由两个大厚度工件组成，所述焊接方法包括如下步骤：

（1）首先将待焊工件表面进行清理，必要时采用机械抛光方式清理待焊表面，然后用丙酮或酒精溶剂清洗去除油污；

（2）按照焊接要求将待焊工件和夹持工装进行装配固定，待焊工件上根据需要布置2~4个热电偶进行测温，将待焊焊缝调整至电子枪可焊接位置；

（3）加热装置固定在移动平台上，通过移动平台移动加热装置，使待焊工件置于加热装置内部，夹持工装和加热装置形成密闭箱体结构，关闭真空室炉门，进行抽真空，待真空度至1×10-2Pa后开始进行加热，将待焊工件加热至所需温度T；

（4）关闭加热装置加热电源，通过移动平台将加热装置和待焊工件分离，然后将电子束焊机高压升至150KV，通过CCD观察系统进行焊缝位置确定，按照设定工艺参数开始实施焊接；

（5）当特殊工件需要焊后缓冷时，可再次移动加热装置，将焊接完成后的工件置于加热装置内部，并开始加热，按照所需温度曲线进行缓慢冷却，或按照工艺进行真空热处理；

（6）冷却至所需温度后，泄真空并取出焊接完成的工件，整个焊接工作完成。

进一步地，所述步骤（4）中设定的工艺参数如下：焊接速度100~400mm/min，加速电压150kV，电子束束流200-300mA，工作距离400~800mm。

进一步地，加热装置由上下两个加热组件和三个侧壁隔热防护组件构成具有一面开口的箱体结构，箱体大小可根据待焊工件尺寸进行调节。

进一步地，加热装置内部设置多层高温隔热屏，夹持工装上同样设置多层高温隔热屏，防止热量向真空室辐射。