电子束焊环焊缝周向曝光技术的应用

　　某重型燃机是解决我国燃机发电和舰船动力的关键性工程,是国家863重点项目之一。在研制过程中,电子束焊可以对直径2m左右、各种厚度零部件进行焊接。为了保证质量,所有焊后零部件100%进行射线检测。工期紧、任务重,如果使用定向X光机拍片探伤,则有劳动强度大、检测效率低、延误工期,且材料浪费及设备无法固定等诸多不利因素。笔者通过对某重型燃机压气机组件电子束环焊缝射线检测方案的摸索,提出采用周向曝光技术进行射线检测,同时加强检测过程控制,不但大大提高了检测效率,而且底片质量也能得到提高,缩短了工期。

　　1　结构及工艺特点

　　1.1　压气机组件的结构与材料

　　压气机是燃机中重要的承力结构件,是燃气轮机的三大部件之一。压气机的作用是将进入发动机的空气压缩,为燃烧室提供高压空气。某重型燃机的压气机是轴流式压气机,由不旋转的静子和高速旋转的转子组成。其中压气机静子包括压气机机匣和装在机匣上的一排排整流叶片;压气机转子包括压气机轴、前后轴颈、多个压气机盘以及在压气机盘上安装的工作叶片。轴流压气机的一排工作叶片和一排整流叶片构成了压气机的一个级。某重型燃机压气机共有17级,其中五到十级为一整体,需要焊接六级压气机盘和一级转接盘,共计6条焊缝。图1为某重型燃机压气机五级到十级鼓筒组件示意图。在工作过程中,压气机组件转速和压力较高,承受着巨大的交变载荷。某重型燃机压气机盘材料为0Cr11Ni2MoVNb,为马氏体型不锈钢,接头设计为带锁底的I型对接接头,焊接厚度不等,锁底厚度均为7mm。焊缝为Ⅰ类焊缝,要求接头强度达到母材强度的95%。

　　1.2　真空电子束焊的工艺特点

　　电子束焊是一种高能束焊接方法,是利用电子枪所产生的电子在阴阳极间的电场作用下(一般为60kV～600kV),被拉出并被加速到(0.3～0.7)倍的光速,经电子枪中聚束极和电磁透镜的聚焦作用后,形成密集(可达104W/cm2～109W/cm2)的高速电子流,当其撞击工件接缝处时,动能转化为热能,使材料迅速熔化形成焊缝,从而达到焊接的目的。真空电子束焊的主要工艺特点是:功率高,穿透能力强,焊接速度快,焊缝深度大,焊接强度高,变形小,热影响区小,易于自动控制[2-3]。常见的电子束焊接成型不良如图2所示。

　　电子束焊缝深宽比大(可达50:1),一次熔深可达100mm,但焊接厚度超过25mm以上时,焊缝成形较差,且焊缝内部缺陷较多。因此在进行射线检测时,为达到预期的检测效果,必须要严格控制射线束的角度,像美国GE公司、英国罗-罗公司等在标准中明确规定:对电子束焊缝进行射线检测时,射线束中心与焊缝偏离角度不大于±2°或±5°。针对电子束焊缝射线检测的特点,结合重燃压气机组件的结构,我们提出了采用周向曝光技术的射线检测方案,并通过试验分析,加以实施和应用。