1、項目背景

西方國家在70年代末期研究開發(fā)出雙金屬鋸帶電 子束焊接新工藝，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電子束焊接技術(shù) 在實驗室研究和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛研究與應(yīng)用， 目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車和電器電工儀表等 眾多行業(yè)。

目前航空行業(yè)內(nèi)的散熱器大多為鋁合金散熱器、 不銹鋼散熱器，采用較多的焊接方式有氬弧焊、CMT焊、真空釬焊、NOCOLOK 釬焊等工藝，產(chǎn)品封頭與殼 體的連接處環(huán)焊縫要求為一級或二級焊縫，現(xiàn)采用的 焊接方式為手工氬弧焊焊接。手工氬弧焊能量密度 低，周圍零件吸熱對焊縫質(zhì)量影響大，焊接變形量大， 對焊工依賴性強，質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品返工率很高，難以 滿足一級焊縫和二級焊縫要求。同時，隨著軍工技術(shù) 的不斷發(fā)展，新材料新技術(shù)的應(yīng)用，為了滿足產(chǎn)品可靠 性、壽命和散熱率等要求，越來越多的散熱器產(chǎn)品采用 鈦合金材料。面對鈦合金材質(zhì)的散熱器，本單位現(xiàn)有 焊接方法不適用于鈦合金焊接，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品 返工率很高，較難滿足一級焊縫和二級焊縫要求。

2、設(shè)備工藝鑒定

2.1 設(shè)備簡介

為滿足產(chǎn)品焊接質(zhì)量需 要 ，我公司購置一臺NORMA 68/12-20型真空電子束焊機，該焊接設(shè)備由法國 TECHMEETA生產(chǎn) 。 它是利用高能量密度的電子束 作為熱源的一種高效精密的 焊接方法（圖1）。

2.2 設(shè)備工藝鑒定

首先對電子束焊機進行 工藝鑒定，分別進行最大熔 深測試、熔深及深寬比測試、 試片焊接試驗。

①最大熔深測試 

采用 200mm×100mm×30mm 的 0Cr18Ni9 不銹鋼， 進行最大熔深測試，焊接參數(shù)如下：

大熔深能力符合要求。

②熔深及深寬比測試

采用110mm×100mm× 12mm 的 0Cr18Ni9 不銹鋼 平板，焊接不同熔深的三 組（L、M、H）共 9 條焊縫， 每組焊接參數(shù)相同，焊縫 間距見圖2。

焊后從焊縫中部和兩端（起始端和收尾端除外）沿 橫向切開進行低倍金相檢驗，經(jīng)測量尺寸，深寬比符合GJB要求。金相檢驗結(jié)果見表2。

根據(jù)實驗結(jié)果，該電子束焊機的設(shè)備穩(wěn)定性符合 標(biāo)準(zhǔn)要求，可以進行試片的焊接試驗。

3、試片測試

3.1 試片的焊接工藝方法及流程

試片電子束焊接的工藝方法及流程如圖3：

其中上述焊前清理過程主要包括對試片待焊處使 用機械方法進行毛邊的清除，以保證試片對接的間隙； 使用酸洗、汽油清洗、超聲波清洗等方法對試片進行清 洗，焊前對焊縫處用丙酮擦拭。

試片裝夾保證試片裝配間隙滿足以下要求（表3）：

3.2 試片的焊接及質(zhì)量檢驗

通過對焊接之后試片的焊縫進行外觀檢查，射線檢查。

①TA1（t1.5）材料的焊接

通過試驗參數(shù)摸索，得出最優(yōu)的 TA1（t1.5）板板對 接焊接參數(shù)如表4。

焊后對試片進行外觀檢查，焊縫表面無裂紋、燒 穿、氣孔、焊瘤及夾雜物，無未焊透、未熔合、未焊滿缺 陷。經(jīng)射線檢查，焊縫內(nèi)部無氣孔、夾渣，符合Ⅰ級技術(shù) 要求（圖4）。

②TA1（t5）材料的焊接

通過試驗參數(shù)摸索，得出最優(yōu)的 TA1（t1.5）板板對 接焊接參數(shù)如表5。

焊后對試片進行外觀檢查，焊縫表面無裂紋、燒 穿、氣孔、焊瘤及夾雜物，無未焊透、未熔合、未焊滿缺 陷。經(jīng)射線檢查，焊縫內(nèi)部無氣孔、夾渣，符合Ⅰ級技術(shù) 要求（圖5）。

4、產(chǎn)品測試

摸索適用于我公司鈦合金散熱器的真空電子束焊 接工藝，對產(chǎn)品進行外觀檢查、射線檢查、金相檢查，檢查焊接質(zhì)量，確定對焊接參數(shù)。

4.1 端接試片

上圖端接焊接試片和殼體焊接試片處的端接焊縫 采用電子束焊接，其工藝參數(shù)如表6所示。

根據(jù)焊縫的外觀檢查和金相檢查結(jié)果，電子束焊 接接頭缺陷質(zhì)量分級滿足GJB技術(shù)要求，我公司電子 束焊接設(shè)備對該零件的焊接熔深為（2.8～3.7）mm，焊 縫熔深滿足外協(xié)協(xié)議要求（熔深2.5～5mm）。

4.2 殼體

對殼體進行電子束焊接，焊后進行機加工，通過射線 檢查，焊接接頭缺陷質(zhì)量分級滿足GJB技術(shù)要求（表7）。

5、結(jié)語

①通過鑒定，該設(shè)備焊接符合 GJB 1718A-2015 要 求的試片，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

②通過對殼體、子散熱體等進行電子束焊接試驗， 對焊縫質(zhì)量進行金相檢查、射線檢查，均滿足產(chǎn)品要 求，我公司現(xiàn)具備電子束焊接設(shè)備對上述零件的焊接 能力。

③目前已完成散熱器的電子束焊接，并進行生產(chǎn) 試驗，完成特殊過程確認(rèn)，已證明我公司設(shè)備具有對上 述零件的焊接加工能力，電子束焊接設(shè)備可以投入使用。 后續(xù)將持續(xù)摸索出不同的焊接參數(shù)對焊縫的影 響，為設(shè)計提供生產(chǎn)參考，為工藝優(yōu)化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]張秉剛,吳林,馮吉才.國內(nèi)外電子束焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].焊接, 2004(2):5-8 

[2]劉春飛,張益坤.電子束焊接技術(shù)發(fā)展歷史,現(xiàn)狀及展望(I)[J].航 天制造技術(shù),2003(I):33-36 

[3]黃以平.我國電子束焊機現(xiàn)狀及研制能力初探[C]//中國機械工 程學(xué)會 . 第十次全國焊接會議論文文集(第二冊). 北京:中國機械 工程學(xué)會,2001:7-9 

[4]陳芙蓉,霍立興,張玉鳳 .電子束焊接技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā) 展[J].電子工藝技術(shù),2002:2 

[5]張海泉,李劉合,張彥華,等.電子束焊接動態(tài)過程仿真分析[J].材 料科學(xué)與工藝,2002:3

[6]何景山,張秉剛,張亞斌,等。電子束深熔焊匙孔的研究現(xiàn)狀[J]. 焊接,2007(06):28—30,63 

[7]宮平.影響 TC4 鈦合金電子束焊焊縫形狀因素的研究[D].大連: 大連交通大學(xué),2008 

[8]石銘霄,張秉剛,馬紀(jì)龍,等.鈦合金電子束深熔焊釘尖缺陷形成 的影響因素[J].焊接學(xué)報,2012,33(12):53—56,115

[9] 吳冰,張建勛,鞏水利,等.厚板鈦合金電子束焊接殘余應(yīng)力分布 特征[J].焊接學(xué)報,2010,31 (02):10—12,113

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