航空电子束焊接工艺的控制

文摘   科技   2023-08-05 22:43   上海  

前言

上文我们介绍了一些典型的航空零件,制造过程中需要使用到电子束焊接的。本文将介绍电子束焊接的工艺流程和控制要求;同样,这些流程主要是适用于航空零部件的电子束焊工艺。

航空发动机中电子束焊接技术的应用 (qq.com)

材料

对于电子束焊接而言,主要就是母材,也就是待焊零件。上文中,不知道有没有读者发现一些有意思的信息,比如母材大都是异种金属。但是很多人不知道的是,即使是异种金属,它们也是同一个合金体系的。如果遇到电子束焊接不同合金体系的情况,需要非常深入的研究。

有时候会遇到氩弧焊比较难的材料,换成电子束焊接是一个可以考虑的方法,也同样需要一些技术上的开发,保护零件的时候,别忘记了还要保护设备(例如,易挥发金属元素进入电子枪)。笔者在工作中都遇到过一些案例,还是非常有挑战的。

关于填充材料,航空中电子束焊几乎不用焊丝等类似氩弧焊使用的填充材料,但是不等于航空电子束焊接不需要填充材料。主要方式是通过熔化母材本身的厚度,实现填充,同时保证焊缝厚度的,与熔焊的自熔焊工艺相同。另一种方式是特制的塞片,应用于难焊材料或者焊缝因脆性组织导致性能恶化的情况,类似熔焊需要过渡层的原理,通过塞片调节焊缝的成分,避免形成脆性相,优化焊缝组织,提高焊缝性能和质量。

关于引弧板、收弧板的应用,航空中也是有的。当使用时,必须跟母材一模一样的材质、清洁方式。在装配到零件之前,引弧板收弧板的尺寸、边缘要与零件贴合,或者机加子零件的时候就直接加工出来,或者单独加工后焊接到子件上。

工装

对工装最基本的要求是装配零件的时候,能够让各个子件保持在固定的位置,实现所需要的组件结构、装配精度、间隙误差等等。这也是工装最基本的功能,实际上工装的功能比这个要大得多。

首先就是这个电子束挡板。这个挡板材料是用来吸收穿透材料到焊缝背面的电子束的,阻止焊接飞溅的。通常,挡板的材质要求是与母材相同的合金成分,不管母材有多高级、有多贵。当然,异种金属焊缝肯定是选择便宜的、易获得的那个。当然, 如果得到客户特殊批准,也可以使用其它材料。

工装的另一个作用是控制变形。这个跟焊缝的结构、位置、数量,工装的设计、材料选择、固定方式,零件允许的变形量、收缩量、可能的变形模式等等因素的关联性极大。这也是对焊接工程师、工装设计师的绝对考验。

去磁

特别是对于电子束焊接工艺而言,真空室里的所有材料,包括工装等都必须无磁,或者去磁到磁通量满足相关要求。这个道理就是物理课程里学的电磁学知识,如果磁性过大,会导致电子束偏转,无法焊接。如果所有材料实在无法满足该要求,那么至少要保证垂直焊缝距离150mm范围内满足以上要求。

焊缝加工

焊前接头区域、结合面要按照制造图纸(者过程图纸)进行加工和准备,满足图纸的要求。看起来简单,实则不然;这里的注意事项也是多得很。最严重的问题,当属加工完成之后发现装配不上,结合面因为空间干涉无法闭合,导致废品,浪费极大!因此,零件工艺开发阶段务必引起重视。

这里重点说一下装配间隙,也即结合面的间隙问题。规律是板越薄,间隙要求越小;板越厚,间隙要求就可以稍微放开。一般控制在0.1mm。

焊前清理

焊前零件、工装等必须清洗干净,无油无水无污染,即“三无”。清理的方法必须要跟合金匹配,注意有些化学品不能用于钛合金的清理。

清理完成后,应该尽快完成焊接。企业要根据自身实际情况、生产节拍等规定一个时间,多长时间内必须完成焊接,比如48小时内;否则就要重新清洗。

另外,清洗完成后,零件在转运的过程中也要做到“三无”。搬运时,戴好手套,避免使用手掌直接触碰零件。转运及等待焊接期间,盖好,防护好,防止污染。

注意,以上所有过程中使用的工具,比如塞尺、卡尺、高斯计、扳手、压板、螺栓螺母、手套、盖板、塑料袋、木箱等,凡是与零件接触过的东西,都必须做到“三无”。

笔者常说,焊接适合有洁癖的人。一点不假。


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