[发明专利]一种异型复杂大厚度燃料舱的真空电子束焊接方法

说明书

本发明一种异型复杂大厚度燃料舱的真空电子束焊接方法。焊前采用酸洗及机械打磨工件接头区域，首先装配两个端框与铸件，完成后进行点固及正式焊接；然后进行2个蒙皮与端框的装配，完成后进行点固及正式焊接；最后完成蒙皮间、蒙皮与铸件之间焊缝的点固和焊接。焊接过程，点固使用上焦小电流电子束，正式焊接使用上焦大电流电子束(同时施加X、Y向束流扫描)。采用该焊接方法制造的燃料舱焊缝符合GJB1718A‑2005《电子束焊接》I级接头要求，焊接变形小，整体轮廓度控制在1.5mm内。

所属技术领域

本发明属于铝合金电子束焊接技术领域，涉及一种针对飞行器异型复杂大厚度燃料舱的真空电子束焊接方法。

背景技术

随着航天工业的发展，飞行器的尺寸精度也随着飞行速度的提高、隐身要求、气动外形的需要而变得越来越高。燃料舱等飞行器重要结构件由传统的“铸造+焊接”向轻量化程度更高的“钣金+焊接”结构形式发展，结构件也有规则形状逐渐向复杂的异型结构转变，焊接接头也由同种材料连接到异种材料的连接，焊缝形式由规则直焊缝、环焊缝变成了空间曲线焊缝。以某飞行器燃料舱为例(图1)，由2个端框、1个铸件、2块蒙皮组成。铸件的材料为ZL114A铝合金，端框和蒙皮的材料为5A06铝合金。该燃料舱总长1100mm，直径900mm，其结构复杂，包含直线、圆弧、空间曲线等多种形式的焊缝，数量多达11条，焊接厚度变化范围大(6-15mm)。焊后指标要求高，整体轮廓度不超过2mm。对于该燃料舱焊接，传统的氩弧焊方法存在热输入量大、热影响区软化和变形难以控制的问题；而激光焊由于功率限制，难以实现8-10mm大厚度接头的焊接。

电子束焊接具有能力密度高、热输入低、焊接变形小、焊缝窄、焊缝深宽比大和焊缝保护良好等特点，在金属焊接领域得到广泛的应用，特别适合进行大厚度异型复杂构件的焊接。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种异型复杂大厚度燃料舱的真空电子束焊接方法，该方法利用电子束焊接穿透能力强、热输入小、焊接变形与残余应力小等特点，可实现异型大厚度(6-15mm)钣焊接燃料舱的真空电子束焊接，有效解决焊接过程中未焊透、气孔超标等问题，同时控制蒙皮、端框变形，保证产品尺寸精度。

本发明的技术解决方案是：一种异型复杂大厚度燃料舱的真空电子束焊接方法，包括以下步骤：

步骤1：焊前准备；

将燃料舱的端框、蒙皮进行酸洗，去除表面油污、氧化膜，并烘干；将端框、蒙皮和铸件待焊接区域打磨至呈见光亮金属光泽，并用丙酮擦拭干净；

步骤2：端框与铸件焊接装配；

使用焊接工装装配端框和铸件，保证待焊接头处间隙不大于0.2mm，错边量不大于0.2mm；装配完成后组件及工装吊装至真空电子束焊机平台，调整水平并进行固定；进行抽真空处理，保证真空室真空度在2-7×10^-2Pa；

步骤3：端框与铸件电子束焊接；

步骤3.1：进行电子束对中，采用NC数控编程进行焊接轨迹示教；

步骤3.2：对端框与铸件之间的焊缝进行点固；点固时使用上焦小电流电子束参数；

步骤3.3：对焊缝进行正式焊接，采用加扫描的上焦电子束焊接；

步骤4：蒙皮与端框焊接装配；

使用焊接工装装配端框和蒙皮，保证装配位置正确，待焊接头处间隙不大于0.2mm，错边量不大于0.2mm；装配完成后组件及工装吊装至真空电子束焊机平台，调整水平并进行固定；进行抽真空处理，保证真空室真空度在2-7 ×10^-2Pa；

步骤5：蒙皮与端框电子束焊接；

步骤5.1：真空度满足要求后进行电子束对中，采用NC数控编程进行焊接轨迹示教；