·新材料新工艺·
高压球形气瓶焊缝结构设计与焊接工艺
于斌，
新庆臣何俊刘志栋（兰州空间技术物理研究所，兰州730000）
程彬
文摘研究了气瓶赤道焊缝区的结构优化设计和焊接工艺改进措施，焊缝区渐变补强设计提高了焊缝区的应变协调性，改进电子束与焊缝作用方式解决了内部飞溅问题，采用优化的电子束工艺参数进行焊接。结果表明：焊接接头质量达到了GJB1718A一2005《电子束焊接》标准I级焊缝，焊缝及热影响区力学性能与母材相当，气瓶进行鉴定试验，性能指标满足设计要求。气瓶焊缝结构优化设计，降低了焊缝处应力水平，减少应力集中，通过改进焊接工艺提高了电子束焊缝质量。
关键词电子束焊接，TC4钛合全，高压气瓶，结构设计，焊接工艺
Welding LineDesign and Welding Process of Sphere High-PressureVessel
YuBin
Jin QingchenHe JunLiu Zhidong
(Lanzhou Institute of Physies, Lanzhou730000)
Cheng Bin
Abstract This paper discusses the optimum design and welding process of the welding line. When the thichness of the welding line area increases gradually, the strain in this area is coordinative. The improvement of mutual effect between welding line and EB can solve the problem of splash and the quality of welding line corresponds to the stand-ard of GJB 1718A—2005. The mechanical properties of welding line, heat affect zone and raw material are approxi-maltely equivalent, the characteristics of the pressure vessel satisfy the design. The optimum design leads the stress of welding line to decrease, the improvement of welding process increases the quality of welding line, the optimum de-sign of welding line and improvement of welding process is the measure of improvement of welding quality and it is agreat significance of enhancement of pressure vessel performance.
Key wordsElectron beam welding,TC4 alloy, High pressure vessel, Structure design, Welding process
1前言
近年来航天领域应用金属高压气瓶材料多为钛合金，TC4钛合金具有比强度高、耐腐蚀性和抗疲劳断裂性能好等优点。全金属球形高压气瓶要求具有较高的可靠性、安全性和疲劳循环寿命，球形气瓶赤道焊缝是影响气瓶质量最主要的因素之一。焊缝区的结构优化设计和焊接工.艺改进是解决焊缝性能发挥和焊缝质量控制的有效途径。若焊接区结构合理，与近焊缝区在疲劳循环过程中变形协调，应力水平较低，不会导致应力集中；反之则导致焊缝区成为气瓶失效的临界区。焊接工艺直接影响焊接接头质量和力学性能，焊缝区为铸造组织，强度和硬度较高，而韧
收稿日期：20091117；修同日期：2009-1215
性较差，在气瓶疲劳循环过程中与近焊缝区变形不协调，产生应力集中，焊缝区组织对裂纹形核和扩展的抑制能力较差，导致裂纹产生，气瓶壳体断裂。焊接飞溅是高压气瓶制造工艺中迫切解决的问题之一，由于电子束与材料特殊的作用机制导致壳体穿透焊内侧飞溅较难控制。
为保证球形TC4钛合金高压气瓶焊缝区性能的良好发挥，提高球形高压金属气瓶的安全性和可靠性，本文主要研究该气瓶赤道焊缝结构设计与焊接工艺。
2
焊缝区结构设计
高压气瓶为双极孔球形TC4钛合金全金属气
作者简介：于试，1983年出生，硕士，主要从事航天压力容器设计研究。E-mail;beterybe@163.com
30
万方数据
http：//www.yhelgy.com宇航材料工艺2010年第4期