液压作动筒电子束焊过程温度测量及控制

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液压作动筒电子束焊过程温度测量及控制
" ~$ _9 P% K8 U! z来源：机械专家网     发布时间：2011-02-18
液压作动筒是我国某型发动机中的一个部件，由盖、衬筒、活塞、橡胶密封圈等零件组成。通过真空电子束焊将盖和衬筒组装起来。结构简图如图（1）所视。
' C& |% @( n; N" e$ w7 y, R其结构特点决定对焊接过程中有以下特殊要求：
1）组件温升要小
9 ]# ]8 Y" J7 N0 f1 _由图（1）可见液压作动筒内多处使用了橡胶密封圈，根据设计要求焊接过程中距焊缝中心20mm处，焊接过程中最高温度不能超过100℃。如果温升太高，就会烧伤，甚至烧毁密封圈，使密封圈失效。
2）内腔无飞溅物
一旦焊缝背面产生飞溅物或焊瘤脱落，流入液压作动筒内腔，就会在活塞运动过程中导致筒体内表面拉伤或密封圈损坏，无法起到密封作用，导致整个液压作动筒报废。
  _- Q1 a: H. u9 Z+ L% v* T0 T$ Q! ]3）焊接变形要小
6 ?" h. F5 d( b1 M- i' ^! {液压作动筒壁厚仅2mm，焊接过程中易产生变形，造成液压作动筒活塞在无法正常运动，因此设计要求其椭圆度不能超过0.02mm。
综合上述，一方面该组件对焊接变形有严格要求，另外由于组合焊接时内腔焊缝附近装配有橡胶密封件，因此，对焊接过程组件温度有严格限制，这就给焊接过程带来特殊困难。飞溅物及变形可通过合理选择接头形式、控制焊接工艺参数进行控制，而组件温升的严格控制技术方面缺乏积累和经验，因此，焊接过程组件温度的严格控制成为该组件能否成功组装的关键，需要重点进行试验和摸索。
1   真空室内工件测温方法的优选
1.1测温方法的优选
8 m! q/ y' a) u; z! ]  ]9 q公元前200一100年间，古希腊菲隆和希隆各自制造过一种以空气膨胀为原理的测温器，其后，测温技术的发展形形色色，种类繁多。常用测温方法分类及特点见表（2）。由上表对比可见，由于需要在真空状态下测温，通过膨胀法、压力法、电阻法、热辐射法均有其局限性。而采用K型热电偶进行测温，具有线性良好、响应快、精度较高、测温范围较宽、记录与控制适宜、价格适中等优点，尤其是现场实施简便，可操作性强，因此，我们选用K型电偶热在电子束焊接过程对工件进行测温。
原  理
* c: Q: @1 I/ _种      类
温度范围（℃）
9 w; ?; b( \( H3 S精 度（℃）
线性化
响应
记录控制
; Q# l. [: @+ H% [& p$ I  M( d价格
膨  胀
0 k' F9 Q9 T' O+ t! ]. a水银温度计
! r0 l$ \- l; t7 U, W－50~+650
8 ^4 X' l  o) V2 I# X0.1~2
' t4 ?, \+ |# V9 `' H  i7 p9 ?可
; L( ^3 L  q$ W4 O$ o0 S; H/ e一般
不适
便宜
有机液体温度计
-200~+200
1~4
: O$ ^8 u+ a$ X4 R可
1 n- T5 M; ?% g/ Z一般
! [9 Y0 t5 i7 ?- S不适
0 |/ Z5 a- ?' d4 u便宜
& R- Z: s% l: ?5 _% C: E, J双金属温度计
" w5 V4 ~6 _0 H, o- b8 _' ]3 C-50~+500
0.5~5
$ k! t9 f" m1 A$ G可
较慢
+ C' {" {7 P' ~* S适宜
便宜
压  力
液体压力温度计
－30~+600
0.5~5
' K/ d( S: o" r2 l可
一般
适宜
便宜
3 W2 N8 L0 \$ _) m  {- |蒸气压力温度计
) R2 b3 L- P9 _1 O. F) e! ]( Z－20~+350
0.5~5
1 o, N0 U# Z, g  |非
适宜
% P8 L' d* i# E( X便宜
2 i4 H' L! K$ X# e( f* O" M电  阻
铂（或铜）温度计
－260~+1000
! g( [( [2 s1 z0.01~5
  B6 [4 Y5 c, i# _9 ^7 o良
6 _: T3 l7 U* T% R4 r适宜
昂贵
热敏电阻
. c, }; z$ H6 v－50~+350
" L/ f, _6 Y+ |  |- S) a4 |$ I& v0.3~5
! W/ z* a5 `) n; Z/ ~/ c. }4 j非
0 z5 p6 S6 e8 u! a2 l9 s; u较快
6 a6 T7 K6 ]9 c. \适宜
8 r5 k. t  E. N, P' Y一般
热电势
# ]0 X" d) g7 r' V热电偶温度计
R
  J1 s1 T4 U1 t# R9 v/ l  V) Z0~+1600
0.5~5
" a2 g) G3 `4 }可
% g+ s  s) ~; P: ^适宜
昂贵
K
) h1 b1 o7 M1 u－200~+1200
9 G: y* e* i" m4 ]% ^& ]1 z2~10
! ]1 V2 Z( r) i- P良
( x8 Z, I5 ]$ \* w) L适宜
! S# R5 v% s0 L7 I9 ~; B一般
/ U1 J' ^6 o" QE
－200~+800
3~5
适宜
/ ~& s3 n8 U- I  ?+ D一般
8 i+ e+ r' \7 b' @, e% I/ `J
4 K: I1 I2 _4 {4 _5 t－200~+800
* G- W. g9 B5 V; M& P3~10
适宜
一般
0 b! _+ ]$ S. Z7 A* ?9 P( d! S. tT
! q! u8 T) I+ s8 I9 j5 ]-200~+350
2~5
2 s6 c; g; q4 v6 v' a' O适宜
3 A* O  o0 e  V# n3 g: B; g/ G8 m一般
热辐射
4 ?' x) N, V! X光学温度计
700~3000
3~10
非
1 C( p6 z! i8 @% n一般
+ }# @) }) _. m8 t  y4 [* g不适
% B) s2 N' ]' K+ d# b$ _) b一般
$ |2 ?, J& x8 U光电温度计
200~3000
  z" D( a  e2 Z: m3 I; ~1~10
' q+ Q4 b* Z$ ~/ l8 @! n0 O$ W, v较快
2 Q! |8 @1 F  J0 f4 T: b适宜
! E2 v1 U# v8 i- R0 A昂贵
辐射温度计
2 q; B3 r0 @6 c; W* m约100~3000
5~20
一般
适宜
2 \! q/ g6 v$ o# [: z' J昂贵
比色温度计
180~3500
5~20
/ S: @4 f! @( `1 B, U5 y较慢
适宜
昂贵
表
9 V4 \7 S# U, i/ i　
) ?' ]. g4 v9 G& D  D3 B1 I: s% d　
　
' A, O2 a, Q+ x　
　
& R  k- x/ y5 s　
　
$ l0 i0 }6 d( h* T: W1.2测温方法的实施
由于需要测量真空室内工件的温度，因此，首先需要解决热电偶与工件的连接问题。实际加工中，我们采用电容储能焊将热电偶焊到指定测温部位，采用电容储能焊金属箔窄条固定热电偶的补偿导线。补偿导线接至真空电子束焊机预留的接线端子。在真空室外部相应接线端子通过补偿导线连接至DR020R型数字温度巡回检测仪上，使用该记录仪可实现对焊接过程工件温度的自动测定、显示、监控和记录。还可以读取并打印热电偶所测的焊接过程工件的温度值。
在实际焊接时需要注意的是真空室内部连接热电偶的补偿导线应该绕工件两圈，并留适当裕量后再接至真空电子束焊机预留的接线端子，防止焊接过程中因工件回转，将热电偶拉断，影响测温及焊接工作的正常进行。
2        真空电子束焊时工件温度的控制
实践中通过采用散热工装和优选焊接参数来实现工件温升的控制。采用了一对厚约30㎜半圆柱形铜制散热块，与液压作动筒外表面紧密贴合，起到辅助散热作用。
% o% S" `- w8 U  G, F首先，通过模拟件进行工艺试验，优选焊接参数如下：
加速电压：    150KV
4 C. A- E7 f6 w5 S3 h: ]# I+ G7 U9 r焊接电流：    7.5mA
聚焦电流：  2088 mA
% [* b* \: T% V, b8 `3 ?焊接速度：   20㎜/s
7 W: [% ?1 q* _7 X( f7 N焊接后对模拟件进行目视、X光、荧光检验，无未焊透、裂纹、气孔等缺陷。同时作金相解剖检验，反面成形良好、无飞溅物产生。
! \. U; m7 H3 ^/ U) K+ t实际测量结果为：在距焊缝中心20㎜处近缝区温升为62℃，工件温升控制有效满足设计要求。
/ R! ?8 u6 ^( e0 V在试验的基础上，我们进行了实际组件的焊接。总计完成近百件组件的焊接，无一废品，且焊后筒体椭圆度小于0.005㎜，几何尺寸符合设计图要求。
* l" G8 B( C8 f# v% D电子束焊接组装液压作动筒时测温方法选择经济、实用，工件温度控制过程简单、有效。所加工的零件经实际测量筒体椭圆度增加不超过0.005mm，距焊缝20mm处焊接过程中温度约为62℃，工件温升控制有效满足设计要求，已经投入批量生产。该方法也适用于焊接过程中对组件的温度有特殊要求的其他零件的焊接。
; H# U% J) w4 [8 N8 _9 Z! \* `文章关键词： 焊接、液压、发动机
　 。
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