电子束焊接头设计优化

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：电子束焊接头有对接、角接、T形接、搭接和端接。为了保证焊接结构使用的可靠性，应根据结构的形状、尺寸受力情况、工作条件和电子束焊的特点，合理地选用焊接接头的形式。电子束焊接头设计应注意下列一些因素：1）满足焊接接头的使用条件，如温度、压力、耐蚀性、振动及疲劳等。3）接头形式应符合电子束焊工艺的特点。

电子束焊接头有对接、角接、T形接、搭接和端接。电子束斑点直径小，能量集中，焊接时一般不加填充金属。为了保证焊接结构使用的可靠性，应根据结构的形状、尺寸受力情况、工作条件和电子束焊的特点，合理地选用焊接接头的形式。电子束焊接头设计应注意下列一些因素：

1）满足焊接接头的使用条件，如温度、压力、耐蚀性、振动及疲劳等。

2）保证焊接接头具有足够的强度和刚度，保证有一定的使用寿命。

3）接头形式应符合电子束焊工艺的特点。

4）焊后尽可能不再进行机械加工。

5）尽可能减少结构的焊接应力和变形。

6）焊接接头应便于进行焊后检验，如射线探伤、超声波探伤等。

1.对接接头

最常用的对接接头形式如图4-2-13所示。其中图4-2-13a、b、c三种接头的加工简单，但需要装配夹具。不等厚的对接接头采用上表面对齐的设计优于台阶接头，后者在焊接时要用宽而倾斜的电子束，如图4-2-13d所示。带锁底的接头如图4-2-13e、f所示，便于装配对齐，锁底较小时，焊后可避免留下未焊合的缝隙。图4-2-13g、h所示的接头有自动填充金属的作用，焊缝成形得到改善。斜对接接头只用于受结构和其他原因限制的特殊场合，如图4-2-13i所示。为了提高接头的强度、延展性、疲劳寿命和避免应力集中，应优先采用全穿透或熔透到指定深度的单道焊接头。

图4-2-13 最常用的对接接头形式

a）对接接头 b）齐平接头 c）台阶接头 d）锁口对中接头 e）锁底接头 f）双边锁底接头 g）、h）自填充材料的接头 i）斜对接接头

2.角接接头

常用的角接接头形式如图4-2-14所示。其中图4-2-14a为垂直穿透的角接头，接头中保留未焊合的间隙，承载能力差。图4-2-14h为卷边角接，主要用于薄板，其中一件需弯边90°；图4-2-14c、d、e采用锁底角接，易于装配对齐，从外侧施焊；而图4-2-14g为锁底角接，从内侧施焊。

图4-2-14 电子束焊常用的角接接头形式

a）垂直穿透角接接头 b）正常角接头 c）、d）锁底自对中接头 e）双边锁底角接接头 f）双边锁底斜向施焊接头 g）双边锁底接头 h）卷变角接接头

3.T形接头

T形接头形式如图4-2-15所示。垂直穿透型的接头中有未焊合的缝隙，接头强度差。推荐采用单面焊T形接头，焊接时焊缝易于收缩，残余应力较低。其中图4-2-15c方案适用于板厚超过25mm的结构件。

4.搭接接头

搭接接头多用于板厚1.5mm以下的场合，如图4-2-16所示。搭接接头常采用单面角向焊接，如果结构条件允许也可进行双面角向焊接；垂直穿透型搭接接头主要用于板厚小于0.2mm的场合，有时需要采用散焦或电子束扫描以增加熔合区宽度。厚板搭接接头焊接时，需要添加焊丝以增加焊脚尺寸，有时也采用散焦电子束施焊以加宽焊缝，形成光滑的焊趾过渡。

图4-2-15 电子束焊T形接头形式

a）熔透焊缝 b）单面焊 c）双面焊

图4-2-16 电子束焊搭接接头形式

a）熔透焊缝 b）单面角焊缝 c）双面角焊缝

5.端接接头

图4-2-17为端接接头形式。厚板端接接头需采用大功率电子束深熔透焊接。薄板或不等厚度的端接接头则用小功率或散焦电子束进行焊接。

6.避免应力集中

对重要承力结构，焊缝设计应避开应力集中区，如结构的棱角、边缘、截面突变处。设计时可用对接接头代替角接头，如图4-2-18所示，将焊缝挪动一定距离d，避开结构的棱角，以改善角接头或T形接头的动载特性，于是可从两个方向（a或b）进行焊接，当工件是磁性材料，又必须从a向进行焊接时，接缝到腹板的距离d应足够大。对于厚度差较大的接头，宜采用厚板削薄将不等厚度接头变成等厚度接头再进行焊接。