薄壁空心铝球的焊接技术优化

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：薄壁空心铝球作为静电陀螺仪的高速旋转球形转子，采用硬铝合金2A11光车成两个半球再焊接成整球的结构，最小壁厚0.4mm，如图4-2-30和图4-2-31所示。图4-2-30 薄壁空心铝球图4-2-31 薄壁空心铝球的制作装配技术要求1）焊缝均匀，不得影响球体偏心度。2）接头清理：焊接之前对工件进行以下清洁处理。3）工装夹具：为了控制空心铝球的焊接变形，设计了专用工装夹具，如图4-2-32所示。2）通过工艺试验优化，薄壁空心铝球的焊接参数为：25kV，16mA，5.6r/min。

薄壁空心铝球作为静电陀螺仪的高速旋转球形转子，采用硬铝合金2A11光车成两个半球再焊接成整球的结构，最小壁厚0.4mm，如图4-2-30和图4-2-31所示。焊后球体通过研磨加工，要求球体静平衡质量偏心小于0.001mm。

图4-2-30 薄壁空心铝球

图4-2-31 薄壁空心铝球的制作装配

（1）技术要求

1）焊缝均匀，不得影响球体偏心度。

2）焊缝不允许有裂纹，穿透性气孔，气密，确保填充物不泄漏，球体能在超高真空（10^-5～10^-6Pa）环境下正常工作。

3）焊缝强度高，耐振动，球体在每分钟几万转的离心载荷下可靠运行。

4）工件焊接变形小，圆球变形不得大于0.1mm。

（2）材料空心铝球材料采用2A11和2A12，主要成分为Cu 3.8%～4.8%，Mg分别为0.4%～0.8%，1.2%～1.8%，Mn分别为0.4%～0.8%，0.3%～0.9%，其余为Al（均为质量分数）。

（3）焊接工艺措施主要工艺措施如下：

1）工件的精度：两半球装配采用止扣接头，接口加工精度要求高，边缘不倒角，过渡配合，接缝紧密。

2）接头清理：焊接之前对工件进行以下清洁处理。

①丙酮和氧化镁粉擦洗去污。

②用10%的NaOH（质量分数）溶液去除氧化膜，浸泡约2min，表面生成一层黑色的氢氧化物，再用清水冲洗或超声波清洗。

③用10%的HNO₃（质量分数）溶液中和，浸泡约8min，表面重新变为银白色，再用清水冲洗或超声波清洗。

④无水乙醇脱水，冷风吹干。工件清理之后应尽快实施焊接，以减少新生氧化膜，表面气体吸附，增加气孔敏感性。

3）工装夹具：为了控制空心铝球的焊接变形，设计了专用工装夹具，如图4-2-32所示。将两个半球分别装贴于两个托杯之中，将整个夹具连同工件放入真空室内，当达到工作真空度后利用底板上的导轨将两个半球合拢成整球，在两个半球合拢时，通过夹具对准球体的止扣部位，且压力要适中，以减少焊接变形；夹具不仅用于使两个半球体定位、减少变形，同时夹具内侧要与球面形状吻合，紧密接触，以达到散热作用。夹具上留有出气孔，与球体的出气孔连通，可以使球体内腔的气体排出，防止焊接时出现溅射或孔洞。

图4-2-32 空心铝球装配焊接夹具

a）工艺装备 b）夹具

（4）电子束焊工艺主要工艺如下：

1）控制热输入，适中的焊接热输入（功率/速度）可减少产生裂纹的倾向。

2）通过工艺试验优化，薄壁空心铝球的焊接参数为：25kV，16mA，5.6r/min（线速度为650～700mm/min）。

铝球焊缝经气体示踪无损检漏，气密性优良，氦质谱探漏仪检漏，漏气率小于10^-8Pal/s（仪器的灵敏度），满足航天部相关焊接技术标准。

薄壁空心铝球的焊接技术优化

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