CN103170722A

CN103170722A - 一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法

Info

Publication number: CN103170722A
Application number: CN2013101248404A
Authority: CN
Inventors: 冯吉才; 王廷; 张秉刚; 何俊
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology; Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-04-11
Also published as: CN103170722B

Abstract

本发明涉及特种材料熔化焊技术领域，具体地说是一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、点固焊接和上坡焊接，将加工后待焊接薄壁铌材料构件置于酸洗液中进行酸洗，酸洗后置入清洁的干燥柜中干燥，干燥后用夹具固定，置于真空室内，点固焊时采用表面聚焦，电子束流垂直作用于对接焊缝，正式焊接时采用低加速电压，上散焦电子束流，低速焊接，辅之于大幅值电子束扫描，焊接时电子束流与焊缝法线成一交角，焊接完成后在真空室中冷却后打开真空室，取出焊接构件，本发明由于采用上述方法，具有方法简单、操作方便、工件加工精度高等优点，本发明适用于对正反面成形要求严格的薄壁铌材料构件的焊接。

Description

一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法

技术领域

本发明涉及特种材料熔化焊技术领域，具体地说是一种可以广泛适用于航空航天、原子能、电子、现代武器装备、超导技术及医疗器械等技术领域的薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法。

背景技术

铌及铌合金具有熔点高、耐腐蚀和良好的高温强度等优点，是重要的高温结构材料，可用于火箭发动机、天-地往返飞船关键部件的制造。同时铌热中子俘获截面小，也可用于核反应堆建造。此外，由于高纯铌具有良好的超导性和热传导性，是制造射频超导加速器超导谐振腔腔体的唯一材料。以上领域的特殊性，对结构制造精度和表面质量要求及其苛刻。电子束作为一种精密焊接方法，可以保证焊缝金属的纯度，尽可能小的焊接变形，是铌合金焊接的首选熔化焊方法。对于一些复杂或特殊结构件，要求焊接作为最后一道工序，焊接完成后不允许进行任何冷热加工。但实际薄壁铌材料进行焊接时，由于焊接应力的作用,常常造成构件局部或整体的失稳变形, 导致薄壁铌材料表面出现正面凹陷，背面下榻及飞溅的焊接缺陷，破坏了构件的几何型面,影响了产品的装配和使用质量。因此能够获得几净性焊缝的电子束焊接方法对于铌材料构件在上述领域中的应用具有极大的推动意义。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种方法简单、操作方便、通过控制液态熔池流动，防止薄壁铌材料焊接时正面凹陷，背面下榻及飞溅的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、点固焊接和上坡焊接三大步骤，将加工后待焊接薄壁铌材料构件置于酸洗液中进行酸洗，酸洗后置入清洁的干燥柜中干燥，干燥后用夹具固定，置于真空室内进行点固焊接，点固焊时采用表面聚焦，焦点位于构件上表面之上方，采用散焦电子束低焊速进行焊接，电子束向前平移时以一定的电子束扫描波形进行扫描，电子束流与焊缝竖直方向法线成一交角，并向环缝旋转方向倾斜作上坡焊。

本发明所述的薄壁铌材料构件的壁厚d=0.5-3.5 mm。

本发明所述真空室内的真空度达到2×10^-4mbar时进行点固焊接，点固焊接的点固束流I _b=1-2 mA，点固位置间隔t=3-15mm，电子束流垂直作用于对接焊缝，正式焊接时采用加速电压30-55kV，焦点位于构件上表面之上d _f=3-10mm，焊接线速度v=300-500mm/min，电子束流I _b=3-12mA，电子束扫描频率f=50-1000HZ，扫描幅值Vx=Vy=2-5mm，电子束流与环缝竖直方向法线成α=3-10°交角，以利于对正反面成形要求严格的薄壁铌材料构件进行焊接，避免焊接时产生飞溅。

本发明所述的酸洗液为40℃的混合酸溶液，混合酸溶液是由工业氢氟酸、工业硝酸和工业硫酸混合配制而成，氢氟酸、硝酸和硫酸混合按体积比为2:2-3:7-8。

本发明所述铌材料可以是高纯铌材料，也可以是铌合金材料。

本发明所述电子束扫描波形可以为方波，也可以为圆形波，还可以为三角波。

本发明由于采用上述方法，解决了薄壁铌材料焊接时正面凹陷，背面下榻及飞溅的实质性缺陷，使焊接后的构件表面光亮，焊缝正面凹陷量小于0.12mm，背面下榻量小于0.10mm，正反面均无飞溅，具有方法简单、操作方便、工件加工精度高等优点。本发明适用于对正反面成形要求严格的薄壁铌材料构件的焊接。

附图说明

图1是本发明点固焊接示意图。

图2是本发明上坡焊接示意图。

图3是本发明纯铌腔体环缝电子束拼焊示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图1、2、3所示，一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、点固焊接和上坡焊接三大步骤，将加工后待焊接薄壁铌材料构件置于酸洗液中进行浸洗至少5min，随后在高速水流中冲洗至少2min后置入清洁的干燥柜中干燥，干燥后用夹具固定，置于真空室内，待真空度达到2×10^-4mbar时即可进行点固焊接，点固焊时采用表面聚焦，点固束流I _b=1-2 mA，点固位置间隔t=3-15mm，电子束流1垂直作用于对接环缝2，正式焊接时采用加速电压30-55kV，焦点位于构件上表面之上d _f=3-10mm，焊接线速度v=300-500mm/min，电子束流I _b=3-12mA，电子束扫描频率f=50-1000HZ，扫描幅值Vx=Vy=2-5mm，电子束流1与环缝2竖直方向法线成α=3-10°交角，并向旋转方向反向倾斜作上坡焊，焊接完成后在真空室中冷却5min以上，打开真空室，取出焊接构件，解决了薄壁铌材料焊接时正面凹陷，背面下榻及飞溅的实质性缺陷，使焊接后的构件表面光亮，焊缝正面凹陷量小于0.12mm，背面下榻量小于0.10mm，正反面均无飞溅。

本发明所述的薄壁铌材料构件的壁厚d=0.5-3.5 mm。

实施例1，如附图2所示，对壁厚2.5 mm的高纯铌腔体环缝进行了电子束对接拼焊，焊前对高纯铌或铌合金构件3进行酸洗，酸洗液为混合酸溶液，混合酸溶液中的工业氢氟酸、工业硝酸和工业硫酸混合按体积比为2:2.5:7.5，在40℃酸洗液中浸洗5min，随后在高速水流中冲洗2min，在清洁干燥柜中干燥后进行焊接，点固焊时采用表面聚焦，点固束流1 mA，点固位置间隔3 mm，正式焊接时采用加速电压40 kV，焦点位于构件上表面之上3mm，焊接线速度400mm/min，电子束流为6mA，电子束扫描频率300HZ，扫描幅值3mm，扫描波形为圆形波，电子束流与环缝竖直方向法线交角5°，接完成后在真空室中冷却8min，打开真空室，取出焊接构件。构件表面光亮，焊缝正面凹陷量0.1mm，背面下榻量0.08mm，正反面均无飞溅，满足精度要求。

实施例2：对壁厚3.5 mm的高纯铌腔体环缝进行了电子束对接拼焊，焊前对高纯铌或铌合金构件3进行酸洗，酸洗液为混合酸溶液，混合酸溶液中的工业氢氟酸、工业硝酸和工业硫酸混合按体积比为2:3:7，在40℃酸洗液中浸洗8min，随后在高速水流中冲洗4min，在清洁干燥柜中干燥后进行焊接，点固焊时采用表面聚焦，点固束流为2 mA，点固位置间隔5mm，正式焊接时采用加速电压55 kV，焦点位于构件上表面之上6mm，焊接线速度300mm/min，电子束流12mA，电子束扫描频率1000HZ，扫描幅值5mm，扫描波形为方波，电子束流与环缝竖直方向法线交角10°，接完成后在真空室中冷却10min，打开真空室，取出焊接构件。构件表面光亮，焊缝正面凹陷量0.08mm，背面下榻量0.06mm，正反面均无飞溅，满足精度要求。

实施例3：对壁厚0.5 mm的高纯铌腔体环缝进行了电子束对接拼焊，焊前对高纯铌或铌合金构件3进行酸洗，酸洗液为混合酸溶液，混合酸溶液中的工业氢氟酸、工业硝酸和工业硫酸混合按体积比为2:2:8，在40℃酸洗液中浸洗6min，随后在高速水流中冲洗3min，在清洁干燥柜中干燥后进行焊接，点固焊时采用表面聚焦，点固束流为2 mA，点固位置间隔15mm，正式焊接时采用加速电压50 kV，焦点位于构件上表面之上10mm，焊接线速度500mm/min，电子束流10mA，电子束扫描频率50HZ，扫描幅值2mm，扫描波形为三角波，电子束流与环缝竖直方向法线交角8°，接完成后在真空室中冷却5min，打开真空室，取出焊接构件。构件表面光亮，焊缝正面凹陷量0.06mm，背面下榻量0.04mm，正反面均无飞溅，满足精度要求。

Claims

1.一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、点固焊接和上坡焊接三大步骤，将加工后待焊接薄壁铌材料构件置于酸洗液中进行酸洗，酸洗后置入清洁的干燥柜中干燥，干燥后用夹具固定，置于真空室内进行点固焊接，点固焊时采用表面聚焦，焦点位于构件上表面之上方，采用散焦电子束低焊速进行焊接，电子束向前平移时以一定的电子束扫描波形进行扫描，电子束流与焊缝竖直方向法线成一交角，并向环缝旋转方向倾斜作上坡焊接。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于本发明所述的薄壁铌材料构件的壁厚d=0.5-3.5 mm。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于所述真空室内的真空度达到2×10^-4mbar时进行点固焊接，点固焊接的点固束流I _b=1-2 mA，点固位置间隔t=3-15mm，电子束流垂直作用于对接焊缝，正式焊接时采用加速电压30-55 kV，焦点位于构件上表面之上d _f=3-10mm，焊接线速度v=300-500mm/min，电子束流I _b=3-12mA，电子束扫描频率f=50-1000HZ，扫描幅值Vx=Vy=2-5mm，电子束流与环缝竖直方向法线成α=3-10°交角。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于所述的酸洗液为40℃的混合酸溶液，混合酸溶液是由工业氢氟酸、工业硝酸和工业硫酸混合配制而成，氢氟酸、硝酸和硫酸混合按体积比为2:2-3:7-8。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于所述铌材料是高纯铌材料或者是铌合金材料。

6.根据权利要求1所述的一种薄壁铌材料构件环缝的几净形电子束焊接方法，其特征在于所述电子束扫描波形为方波，或者为圆形波，或者为三角波。