CN103056506B - 一种NbTi/Cu超导复合体包套真空电子束焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NbTi/Cu超导复合体包套真空电子束焊接的方法，对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗烘干；将芯棒装入无氧铜包套内进行组装，得包套体；抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，进行真空电子束焊接；将其与包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，抽真空；顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；进行第一遍真空电子束封焊；再进行二次封焊；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉；最后进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。工艺过程稳定，焊缝质量好，所得超导复合线成品率较高。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种NbTi/Cu超导复合体包套真空电子束焊接的方法。
背景技术
NbTi/Cu多芯超导复合线一般是通过单芯复合棒二次组装拉伸而成的。在其生产过程中，分别需要将第一次组装成的单芯复合包套和第二次组装成的多芯复合包套与其上下盖进行封焊，之后再进行挤压拉伸。焊接质量的好坏对锭坯之后的挤压以及拉伸过程有着极大影响。如何在保证焊缝质量的同时，保证包套体内的真空度以防止包套内的芯丝被氧化，是生产中非常关键的过程。之前曾使用过在大气中对其进行氩弧焊接，同时对复合体包套内进行抽真空的方法。该方法的生产成本较低，但是容易造成焊缝处以及复合体包套内部芯丝的氧化，从而难以保证最终产品的质量，使成品率大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种NbTi/Cu超导复合体包套真空电子束焊接的方法，工艺过程稳定，焊缝质量好，所得超导复合线成品率较高。
本发明所采用的技术方案是，一种NbTi/Cu多芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar（1mbar=0.01MPa）后进行真空电子束焊接；
步骤4，抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与步骤2中组装的包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；
步骤6，检查焊点质量，然后进行第一遍真空电子束封焊，焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，再进行第二次封焊；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉；
步骤9，最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
本发明所采用的另一技术方案是，一种NbTi/Cu单芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；
步骤4，步骤3中除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空至少1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接；
步骤6，检查焊点质量，然后进行第一遍真空电子束封焊，焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，需再进行第二次封焊；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉。
本发明的有益效果是，将芯棒与Cu包套组装后，在真空电子束焊机炉室内将其与上、下铜盖在真空状态下进行电子束封焊。之后再经过包套内除气、挤压、拉伸制成NbTi/Cu超导复合线材。这种方法工艺过程稳定，焊缝质量良好，所得超导复合线成品率较高。
具体实施方式
本发明涉及NbTi/Cu多芯超导复合体包套、NbTi/Cu单芯超导复合体包套的真空电子束焊接的方法。
本发明一种NbTi/Cu多芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入直径为Φ150mm-Φ350mm的无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar后进行真空电子束焊接；其中，焊接电流B=50mA~80mA，焊接速度F=200°/min~300°/min（焊接旋转体时，设备通过夹持包套体的C轴每分钟旋转的角度来表示焊接速度，即角速度°/min），聚焦电流Z=5000mA~6000mA；
步骤4，抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与步骤2中组装的包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空至少1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=50mA~80mA，焊接速度F=200°/min~300°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；
步骤6，检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=55mA~90mA，焊接速度F=100°/min~200°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，需再进行第二次封焊，焊接电流B=55mA~90mA，焊接速度F=200°/min~300°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8个小时后出炉；
步骤9，最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
本发明一种NbTi/Cu单芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入直径为Φ150mm-Φ350mm的无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；
步骤4，步骤3中除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空至少1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=50mA~80mA，焊接速度F=200°/min~300°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；
步骤6，检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=55mA~90mA，焊接速度F=100°/min~200°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，需再进行第二次封焊，焊接电流B=55mA~90mA，焊接速度F=200°/min~300°/min，聚焦电流Z=5000mA~6000mA；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉。
NbTi/Cu单芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法与NbTi/Cu多芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法相比，需要在焊接NbTi/Cu单芯超导复合体包套之前对其在真空氮气保护热处理炉中进行加热除气；其次不需要抽气嘴的焊接，其余步骤一致。本发明的工艺过程比较稳定，采用本发明所焊接的超导体复合包套的焊缝质量良好，所得超导复合线的成品率较高。
实施例1
对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；处理好的芯棒装入直径为Φ150mm，长度为560mm的无氧铜包套内进行组装，得到包套体；将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar后进行真空电子束焊接；其中，焊接电流B=50mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=5000mA；抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=50mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=5000mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=55mA，焊接速度F=100°/min，聚焦电流Z=5000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=55mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=5000mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1个小时后出炉；最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
实施例2
对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；处理好的芯棒装入直径为Φ350mm，长度为560mm的无氧铜包套内进行组装，得到包套体；将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar后进行真空电子束焊接；其中，焊接电流B=80mA，焊接速度F=300°/min，聚焦电流Z=6000mA；抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部10mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空2小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=80mA，焊接速度F=300°/min，聚焦电流Z=6000mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=90mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=6000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=90mA，焊接速度F=300°/min，聚焦电流Z=6000mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，8个小时后出炉；最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
实施例3
对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；处理好的芯棒装入直径为250mm，长度为560mm的无氧铜包套内进行组装，得到包套体；将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar后进行真空电子束焊接；其中，焊接电流B=60mA，焊接速度F=250°/min，聚焦电流Z=5500mA；抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部7mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=65mA，焊接速度F=260°/min，聚焦电流Z=5700mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=75mA，焊接速度F=140°/min，聚焦电流Z=5600mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=70mA，焊接速度F=240°/min，聚焦电流Z=5400mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，3个小时后出炉；最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
实施例4
对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、六方单芯棒进行清洗与烘干；将尺寸为H3.458mm的NbTi/Cu六方单芯棒集束密排组装进直径为Φ150mm，长度为920mm的无氧铜包套中进行组装，得到包套体；将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=50mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=5000mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=55mA，焊接速度F=100°/min，聚焦电流Z=5000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=55mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=5000mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1小时后出炉。
实施例5
对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、六方单芯棒进行清洗与烘干；将尺寸为H3.458mm的NbTi/Cu六方单芯棒集束密排组装进直径为Φ350mm，长度为920mm的无氧铜包套中进行组装，得到包套体；将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部10mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空2小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=80mA，焊接速度F=300°/min，聚焦电流Z=6000mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=90mA，焊接速度F=200°/min，聚焦电流Z=6000mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=90mA，焊接速度F=300°/min，聚焦电流Z=6000mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，8小时后出炉。
实施例6
对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、六方单芯棒进行清洗与烘干；将尺寸为H3.458mm的NbTi/Cu六方单芯棒集束密排组装进直径为Φ250mm，长度为920mm的无氧铜包套中进行组装，得到包套体；将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部8mm，并对炉室进行抽真空；待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接；其中，焊接电流B=60mA，焊接速度F=250°/min，聚焦电流Z=5500mA；检查焊点质量，确认无误后进行第一遍真空电子束封焊，焊接电流B=70mA，焊接速度F=150°/min，聚焦电流Z=5400mA；焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹等可能造成漏气的缺陷；进行第二次封焊，焊接电流B=65mA，焊接速度F=270°/min，聚焦电流Z=5700mA；将焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，4小时后出炉。
Claims (2)
1.一种NbTi/Cu多芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu多芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将抽气嘴一端插入已清洗好上盖的中心孔内，一起装入真空电子束焊机的炉室内进行抽真空，待炉室内真空度达到3×10-3～6×10-5mbar后进行真空电子束焊接，真空电子束焊接的焊接电流B＝50mA～80mA，焊接速度F＝200°/min～300°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA；
步骤4，抽气嘴与上盖焊接完毕后，打开炉室，将其与步骤2中组装的包套体以及下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处进行八点定位焊接，八点定位焊接的焊接电流B＝50mA～80mA，焊接速度F＝200°/min～300°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA；
步骤6，检查焊点质量，然后进行第一遍真空电子束封焊，第一遍真空电子束封焊的焊接电流B＝55mA～90mA，焊接速度F＝100°/min～200°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA，焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，再进行第二次封焊，二次封焊的焊接电流B＝55mA～90mA，焊接速度F＝200°/min～300°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉；
步骤9，最后将冷却好的超导复合体包套装入除气炉内进行抽真空除气，除气完毕后对抽气嘴进行冷焊封焊即可。
2.一种NbTi/Cu单芯超导复合体包套真空电子束焊接的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，对NbTi/Cu单芯超导复合体包套的上盖、下盖、无氧铜包套、芯棒进行清洗与烘干；
步骤2，将步骤1中处理好的芯棒装入无氧铜包套内进行组装，得到包套体；
步骤3，将组装好的包套体与上盖、下盖一起装入真空氮气保护热处理炉内进行加热除气；
步骤4，步骤3中除气完毕的包套体与上盖、下盖一起装入真空电子束焊机的炉室内，拉开下盖、距离包套体端部5mm-10mm，并对炉室进行抽真空；
步骤5，待炉室内真空度达到3×10-3mbar～6×10-5mbar后，保持该真空度继续抽空至少1个小时后，顶紧下盖，匀速转动包套体，在上盖、下盖与包套体结合的缝隙处分别进行八点定位焊接，八点定位焊接的焊接电流B＝50mA～80mA，焊接速度F＝200°/min～300°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA；
步骤6，检查焊点质量，然后进行第一遍真空电子束封焊，第一遍真空电子束封焊的焊接电流B＝55mA～90mA，焊接速度F＝100°/min～200°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA，焊毕，通过监视摄像系统检查焊缝焊接情况，确认焊缝表面没有肉眼可见的气孔、裂纹；
步骤7，为了平滑焊缝表面，保证焊缝质量，需再进行第二次封焊，第二次封焊的焊接电流B＝55mA～90mA，焊接速度F＝200°/min～300°/min，聚焦电流Z＝5000mA～6000mA；
步骤8，将步骤7焊接好的超导复合体包套在真空电子束炉室内真空冷却，1-8小时后出炉。
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