本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法。
背景技术：
钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、热强性高等优点，在航空、海洋工程领域得到了越来越多的应用，但是钛合金导热性差，电阻系数大、热容量小，因此，在焊接钛合金时，应该采用能量集中的热源，电子束焊接无疑成为钛合金焊接加工的首选方式之一。
电子束焊是高能量密度的焊接方法，具有溶深大、溶宽小、焊接速度高和焊件变形小等优点，被广泛应用于制造领域，特别是一些复杂特殊构件的焊接中显示出独特的优越性。
在海洋工程中，某钛合金球形舱体由上、下半球壳组成，舱体壁厚56mm、外径sr1106，要实现上、小半球壳的连接同城采用电子束焊接赤道缝实现，同时焊后舱体内表面不允许有任何焊接飞溅。虽然，电子束焊接具有大深宽比的特点，对于大厚度电子束焊接尤为明显，但是大深宽比焊缝横截面容易在熔深方向上产生几何尺寸的不均匀性，这种不均匀性对焊接接头整体性能的影响不容忽视。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：提供一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，该工艺方法获得一种大厚度钛合金电子束焊缝横截面在熔深方向上呈平行型几何特征形貌，该焊缝考虑到实际大厚度电子束焊缝在熔深方向上几何尺寸均匀性对焊接接头性能均匀性的影响，从而确保舱体赤道缝电子束焊接质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，采用电子束非熔透焊缝焊接过程，使得电子束焊缝横截面在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌。
优选的，沿所述焊缝熔深方向上，焊缝横截面包括焊缝正面余量预留区域、中间平行型焊缝横截面获取区域、焊缝根部余量预留区域。
优选的，在电子束焊接过程中，液态熔池金属的塌陷和焊缝正面形成的喇叭口处于焊缝正面余量预留区域中；在电子束焊接过程中，电子束功率脉动影响区域、针尖缺陷以及非熔透焊缝根部收缩区域控制在焊缝根部余量预留区域。
优选的，所述工艺方法采用电子束横枪固定焊接、工件旋转焊接的方式进行电子束焊接。
优选的，所述工艺方法适用于焊缝熔深大于等于30mm厚度的钛合金的电子束焊接。
优选的，所述工艺方法适用于舱体壁厚56mm、外径sr1106的钛合金球形舱体的上、下半球壳的焊接，具体包括如下步骤：
步骤1：以h＝t1(≤10) t2 t3(≤10)为总熔深条件、t2＝56mm，为在熔深上焊缝横截面呈平行型几何特征形貌的拟定目标，在钛合金板上优化调整参数，获取最佳聚焦电流、加速电压和工作距离；其中，h为焊缝横截面，t1为焊缝正面余量预留区域，t2为中间平行型焊缝横截面获取区域，t3为焊缝根部余量预留区域；
步骤2：在最佳聚焦电流、加速电压和工作距离条件下，在以最小熔深为56mm的电子束焊接线能量为参照对象、对电子束流和焊接速度进行选择组合，通过调整电子束扫描的扫描方式、扫描幅度和扫描频率对钛合金板进行焊接，改善焊缝横截面的几何形貌，使得焊缝焊接截面在熔深方向上呈现平行型几何特征形貌，获得该工艺方法的工艺参数。
步骤3：采用该工艺参数对舱体壁厚56mm、外径sr1106的钛合金球形舱体的上、下半球壳进行焊接，获得在焊缝熔深方向上焊缝正面余量预留区域t1＝5mm、中间平行型焊缝横截面获取区域t2＝56mm、焊缝根部余量预留区域t3＝8mm的电子束焊缝横截面；
步骤4：加工去除焊缝正面余量预留区域与焊缝根部余量预留区域后可获得熔深为56mm在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌的电子束焊缝横截面。
优选的，所述工艺方法的工艺参数为加速电压150kv、工作距离800mm、聚焦电流2290ma、电子束流160ma、焊接速度5.5mm/s、扫描波形为圆形、扫描幅值0.2/0.2、扫描频率900hz。
优选的，所述钛合金板优化调整参数的方式包括如下过程：在所述钛合金铝板上焊接若干焊缝，每一条焊缝上设置有若干参数试验区段，任两个所述参数试验区段通过缓冲区过渡。
优选的，任一个所述参数试验区段为50mm，任一个所述缓冲区为5mm。
优选的，任两条焊缝之间的间距大于等于15mm。
本发明的有益效果在于采用电子束横枪固定焊接、工件旋转焊接赤道缝，在确保最终焊缝熔深h＝56mm的基础上，获得一种大厚度钛合金电子束焊缝横截面在熔深方向上呈平行型几何特征形貌，该焊缝考虑到实际大厚度电子束焊缝在熔深方向上几何尺寸均匀性对焊接接头性能均匀性的的影响，从而确保舱体赤道缝电子束焊接质量。
附图说明
图1是工艺参数优化后的电子束焊缝横截面在熔深方向上的几何尺寸特征形貌；
图2是电子束焊接参数调整优化试验方法示意。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
一种获得大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，具体包括：采用电子束非熔透焊缝焊接过程，使得电子束焊缝横截面在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌。
沿所述焊缝熔深方向上，焊缝横截面包括焊缝正面余量预留区域、中间平行型焊缝横截面获取区域、焊缝根部余量预留区域。其中：
1)焊缝正面余量预留区域：其一，考虑到实际大厚板电子束横枪焊接过程中焊缝正面不可避免出现液态熔池金属的塌陷，其二，考虑到电子束非熔透焊缝焊接过程中金属蒸汽反冲作用在焊缝正面形成的喇叭口。综合以上，基于焊缝横截面在熔深方向上几何尺寸均匀性对焊缝力学性能均匀性的影响，通过工艺参数优化，确保塌陷及喇叭口控制在焊缝正面余量预留区域，焊后加工除去正面余量。
2)中间平行型焊缝横截面获取区域：通过焊接工艺参数优化，确保在熔深方向上中间平行型焊缝横截面获取区域呈平行型几何特征形貌。
3)焊缝根部余量预留区域：其一，考虑到电子束非熔透焊接焊缝根部几何形貌特征；其二，考虑电子束功率脉动的影响以及电子束针尖等缺陷；综合以上，基于熔深方向上焊缝横截面几何尺寸均匀性对焊缝力学性能均匀性的影响，通过工艺参数优化，确保电子束功率脉动影响区域、针尖缺陷以及非熔透焊缝根部收缩区域控制在该预留区域，焊后加工除去。
上述工艺方法采用电子束横枪固定焊接、工件旋转焊接的方式进行电子束焊接，且适用于焊缝熔深大于等于30mm厚度的钛合金的电子束焊接。
针对焊缝熔深大于等于30mm厚度的钛合金的电子束焊接，采用横枪固定，工件旋转的方式进行电子束焊接，基于优化后电子束焊接参数进行焊接，使得焊缝背面微熔，最终获得一种在熔深方向上焊缝横截面呈平行型几何尺寸特征形貌，下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明，具体如下：
步骤1：采用电子束焊接设备zd150-60ccv60m中的横枪进行焊接，以h＝t1(≤10) t2 t3(≤10)为总熔深条件、t2＝56为在熔深上焊缝横截面呈平行型几何特征形貌的拟定目标，在钛合金板上优化调整参数，如图2所示的焊接优化调整方式进行电子束焊接参数的不断优化调整，获取最佳聚焦电流、加速电压和工作距离；其中，h为焊缝横截面，t1为焊缝正面余量预留区域，t2为中间平行型焊缝横截面获取区域，t3为焊缝根部余量预留区域；
步骤2：选择在最佳聚焦电流及加速电压和工作距离的条件下，在以最小熔深为56mm的电子束焊接线能量为参照对象、对电子束流和焊接速度进行选择组合，通过调整电子束扫描的扫描方式、扫描幅度和扫描频率对钛合金板进行焊接，用以改善焊缝几何尺寸形貌，使得焊缝横截面在熔深方向上呈现平行型几何特征形貌，如图1所示。经过多组电子束焊接参数优化试验，得到满足电子束焊缝横截面的熔深为56mm在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌的工艺参数，具体电子束焊接参数如表1所示：
表1拟定目标焊缝几何特征形貌电子束焊接工艺参数
步骤3：采用该工艺参数对舱体壁厚56mm、外径sr1106的钛合金球形舱体的上、下半球壳进行焊接，获得在焊缝熔深方向上焊缝正面余量预留区域t1＝5mm、中间平行型焊缝横截面获取区域t2＝56mm、焊缝根部余量预留区域t3＝8mm的电子束焊缝横截面，如图1所示；
图1中焊缝正面t1＝5mm区域余量预留：其一，考虑到实际电子束横枪焊接过程中焊缝正面不可避免出现熔池液态金属的塌陷，采用优化的电子束焊接参数进行焊接后，确保正面塌陷区域在t1预留区域，焊后加工除去图1中t1区域。
图1中焊缝根部t3＝8mm区域余量：其一，考虑到电子束功率脉动的影响以及电子束针尖等缺陷，采用优化的电子束焊接参数进行焊接后，确保电子束功率脉动影响区域及针尖缺陷在图1中的t3区域，焊后加工除去图1中t3区域。
步骤4：加工去除焊缝正面余量预留区域与焊缝根部余量预留区域后可获得熔深为56mm在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌的电子束焊缝横截面。
此外，在本发明中，通过采用电子束非熔透焊缝焊接过程，使得电子束焊缝横截面在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌，能够防止焊后舱体内表面没有任何焊接飞溅，同时能够确保焊接质量，以及焊缝的综合力学性能，并且利于装配。
此外，本申请采用钛合金板优化调整参数的方式包括如下过程，如图2所示：在所述钛合金铝板上焊接若干焊缝，每一条焊缝上设置有若干参数试验区段，任两个所述参数试验区段通过缓冲区过渡。
其中，具体的如图2所示，任一个所述参数试验区段为50mm，任一个所述缓冲区为5mm。任两条焊缝之间的间距大于等于15mm。并且，如图2所示，每个焊缝的焊接开始均保留10mm的起弧区以及焊接最后保留10mm的收弧区。采用上述方法用钛合金板进行优化调整参数，获取参数快捷，且试验效率高，且获取参数时保证单一变量，得到的参数准确率高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
1.一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，采用电子束非熔透焊缝焊接过程，使得电子束焊缝横截面在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌。
2.根据权利要求1所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，沿所述焊缝熔深方向上，焊缝横截面包括焊缝正面余量预留区域、中间平行型焊缝横截面获取区域、焊缝根部余量预留区域。
3.根据权利要求2所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，在电子束焊接过程中，液态熔池金属的塌陷和焊缝正面形成的喇叭口处于焊缝正面余量预留区域中；在电子束焊接过程中，电子束功率脉动影响区域、针尖缺陷以及非熔透焊缝根部收缩区域控制在焊缝根部余量预留区域。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法采用电子束横枪固定焊接、工件旋转焊接的方式进行电子束焊接。
5.根据权利要求4所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法适用于焊缝熔深大于等于30mm厚度的钛合金的电子束焊接。
6.根据权利要求5所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法适用于舱体壁厚56mm、外径sr1106的钛合金球形舱体的上、下半球壳的焊接，具体包括如下步骤：
步骤1：以h＝t1(≤10) t2 t3(≤10)为总熔深条件、t2＝56mm，为在熔深上焊缝横截面呈平行型几何特征形貌的拟定目标，在钛合金板上优化调整参数，获取最佳聚焦电流、加速电压和工作距离；其中，h为焊缝横截面，t1为焊缝正面余量预留区域，t2为中间平行型焊缝横截面获取区域，t3为焊缝根部余量预留区域；
步骤2：在最佳聚焦电流、加速电压和工作距离条件下，在以最小熔深为56mm的电子束焊接线能量为参照对象、对电子束流和焊接速度进行选择组合，通过调整电子束扫描的扫描方式、扫描幅度和扫描频率对钛合金板进行焊接，改善焊缝横截面的几何形貌，使得焊缝焊接截面在熔深方向上呈现平行型几何特征形貌，获得该工艺方法的工艺参数。
步骤3：采用该工艺参数对舱体壁厚56mm、外径sr1106的钛合金球形舱体的上、下半球壳进行焊接，获得在焊缝熔深方向上焊缝正面余量预留区域t1＝5mm、中间平行型焊缝横截面获取区域t2＝56mm、焊缝根部余量预留区域t3＝8mm的电子束焊缝横截面；
步骤4：加工去除焊缝正面余量预留区域与焊缝根部余量预留区域后可获得熔深为56mm在焊缝熔深方向上呈平行型几何特征形貌的电子束焊缝横截面。
7.根据权利要求6所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法的工艺参数为加速电压150kv、工作距离800mm、聚焦电流2290ma、电子束流160ma、焊接速度5.5mm/s、扫描波形为圆形、扫描幅值0.2/0.2、扫描频率900hz。
8.根据权利要求7所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，所述钛合金板优化调整参数的方式包括如下过程：在所述钛合金铝板上焊接若干焊缝，每一条焊缝上设置有若干参数试验区段，任两个所述参数试验区段通过缓冲区过渡。
9.根据权利要求8所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，任一个所述参数试验区段为50mm，任一个所述缓冲区为5mm。
10.根据权利要求8或9所述的一种获取大厚度钛合金电子束焊接平行型焊缝的工艺方法，其特征在于，任两条焊缝之间的间距大于等于15mm。
技术总结