CN104801844B - 一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，它针对异种难熔金属熔化焊接领域，具体而言是一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法。本发明的目的是要解决现有钽与钨金属薄壁圆周构件的焊接方法使得焊缝熔化不均匀，局部产生未焊透或者凹陷焊漏等缺陷，不利于装配和焊缝使用性能差的问题。方法：首先将待焊工件进行组装，再分别旋转60°、120°、180°、90°、60°、30°、120°和120°进行焊接，完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接。采用本发明焊接中钽钨薄壁焊件获得焊缝熔宽最大值为1.26mm，最小值为1.10mm，最大插值为0.16mm。本发明适用于钽与钨金属薄壁圆周焊。

Description

一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法
技术领域
本发明针对异种难熔金属熔化焊接领域，具体而言是一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法。
背景技术
钽及钽合金具有高熔点，高温环境耐腐蚀及特殊的介电性能等优点，在一些高温、强腐蚀、电子放电等严酷环境中具有无可替代的作用，被大量运用在电容器，高温炉的发热体，隔热屏，发动机部件的燃烧导管、放射性同位素的发射器等产品(期刊文献1)。
钨的熔点达3410℃，是金属中熔点最高的，它的蒸汽压和蒸发速度是所有金属中最低的，线膨胀系数在难熔金属中是最小的。钨是重要的高温结构和功能材料，作为阴极发射电子广泛应用于照明行业的灯丝，电弧焊接中的电极材料，火箭的发动机喷管喉衬材料等(期刊文献2)。
钽和钨属于难熔金属，价格昂贵，往往用在对结构或功能要求较高的条件中。高温下钽、钨对氮、氢、氧十分敏感，电子束焊接的高真空环境可以有效屏蔽杂质气体对熔池的不良影响，电子束焊接可以实现对能量精确控制，同时具有较高的能量密度，母材的熔化量在焊接过程中可以得到有效的控制，因此电子束焊接适用于难熔金属及异种材料(期刊文献3和期刊文献4)。然而在实际焊接中，当构件结构尺寸微小，壁厚较薄，会对热量的输入及累积十分敏感。焊接规范较小时，焊缝始端由于能量总输入不足，会造成未焊透缺陷；而当焊接规范增大时，又会由于焊缝末端热量累积，造成熔宽过大、塌陷甚至焊漏的情况。按照普通的参数调控措施，简单地通过改变规范控制热输入，往往会使得焊缝熔化不均匀，局部产生未焊透或者凹陷焊漏等缺陷，既破坏了工件几何表面，不利于装配，又对工作在严酷环境中，特别是在经历高温热循环中焊缝使用性能造成不利影响。获得成形均匀，无明显缺陷的焊缝对于圆周薄壁钽/钨难熔金属构件的装配和使用具有重要意义，其技术同时也会为其它难熔金属材料的焊接提供指导意义。
现有的技术文献：
期刊文献1：胡忠武,李中奎,张小明.钽及钽合金的工业应用和进展.稀有金属快报,2004,07:8-10.
期刊文献2：付洁,李中奎,郑欣等.钨及钨合金的研发和应用现状.稀有金属快报,2005,07:11-15.
期刊文献3：余洋,郭鹏.Ta-W12的真空电子束焊接工艺研究及缺陷分析.焊接技术,2003,03:15-17.
期刊文献4：罗晓军,唐晓龙,贺鹏.Ta-2.5W焊接工艺试验.压力容器,2007,10:32-36,51.
发明内容
本发明的目的是要解决现有钽与钨金属薄壁圆周构件的焊接方法使得焊缝熔化不均匀，局部产生未焊透或者凹陷焊漏等缺陷，不利于装配和焊缝使用性能差的问题，而提供一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法。
一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法是按以下步骤进行的：
一、将钽管和钨件装卡在旋转夹具上，然后将装有待焊工件的夹具放入真空室中，并和真空室内的旋转卡盘相连，焊前在每隔90°的位置进行对缝焊接，然后关闭真空室舱门，设定基准焊接束流为I0，基准焊接速度V0，完成待焊工件的组装；
步骤一中所述的基准焊接束流为I0为8mA；所述的基准焊接速度V0为300mm/min；
二、将真空室抽真空度至10-2Pa以下时进行焊接，待焊工件旋转60°，此过程焊接速度由0逐步增加到基准焊接速度V0，此过程焊接束流为0；
三、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由0逐步增大到基准焊接束流I0；
四、待焊工件继续旋转180°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流保持基准焊接束流I0不变；
五、待焊工件继续旋转90°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步增加到基准焊接速度V0的1.2倍，焊接束流由基准焊接束流I0逐步增加到基准焊接束流I0的1.2倍；
六、待焊工件继续旋转60°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.2倍逐步降低到基准焊接速度V0的1.1倍，焊接束流由基准焊接束流I0的1.2倍逐步降低到基准焊接束流I0；
七、待焊工件继续旋转30°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.1倍逐步降低到基准焊接速度V0，焊接束流由基准焊接束流I0逐步降低到基准焊接束流I0的0.9倍；
八、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由基准焊接束流I0的0.9倍逐步降低到0；
九、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步降低到0，焊接束流保持0不变，完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接。
本发明的优点：
一、采用本发明一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法焊接钽和钨异种材料薄壁圆周焊缝，解决了正面凹陷或熔深不足的问题，解决了焊缝熔宽不均匀的问题，并保证整个圆周焊缝熔深的一致性；
二、采用本发明焊接中钽钨薄壁焊件获得焊缝熔宽最大值为1.26mm，最小值为1.10mm，最大插值为0.16mm，由此可见获得了熔宽均匀的焊缝，没有发现明显的缺陷；
三、本发明方法具有操作简便，适用性强，加工精度高等优点，适用于焊接钽与钨异种材料薄壁圆周焊缝，对于其他类型的难熔金属焊接具有指导意义。
本发明适用于钽与钨金属薄壁圆周焊。
附图说明
图1为试验一得到的完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接后的工件图，图中1为钽管，2为钨件；
图2为试验一得到的完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接后的焊缝放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法是按以下步骤进行的：
一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法是按以下步骤进行的：
一、将钽管和钨件装卡在旋转夹具上，然后将装有待焊工件的夹具放入真空室中，并和真空室内的旋转卡盘相连，焊前在每隔90°的位置进行对缝焊接，然后关闭真空室舱门，设定基准焊接束流为I0，基准焊接速度V0，完成待焊工件的组装；
步骤一中所述的基准焊接束流为I0为8mA；所述的基准焊接速度V0为300mm/min；
二、将真空室抽真空度至10-2Pa以下时进行焊接，待焊工件旋转60°，此过程焊接速度由0逐步增加到基准焊接速度V0，此过程焊接束流为0；
三、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由0逐步增大到基准焊接束流I0；
四、待焊工件继续旋转180°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流保持基准焊接束流I0不变；
五、待焊工件继续旋转90°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步增加到基准焊接速度V0的1.2倍，焊接束流由基准焊接束流I0逐步增加到基准焊接束流I0的1.2倍；
六、待焊工件继续旋转60°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.2倍逐步降低到基准焊接速度V0的1.1倍，焊接束流由基准焊接束流I0的1.2倍逐步降低到基准焊接束流I0；
七、待焊工件继续旋转30°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.1倍逐步降低到基准焊接速度V0，焊接束流由基准焊接束流I0逐步降低到基准焊接束流I0的0.9倍；
八、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由基准焊接束流I0的0.9倍逐步降低到0；
九、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步降低到0，焊接束流保持0不变，完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接。
本实施方式的优点：
一、采用本实施方式一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法焊接钽和钨异种材料薄壁圆周焊缝，解决了正面凹陷或熔深不足的问题，解决了焊缝熔宽不均匀的问题，并保证整个圆周焊缝熔深的一致性；
二、采用本实施方式焊接中钽钨薄壁焊件获得焊缝熔宽最大值为1.26mm，最小值为1.10mm，最大插值为0.16mm，由此可见获得了熔宽均匀的焊缝，没有发现明显的缺陷；
三、本实施方式方法具有操作简便，适用性强，加工精度高等优点，适用于焊接钽与钨异种材料薄壁圆周焊缝，对于其他类型的难熔金属焊接具有指导意义。
本实施方式适用于钽与钨金属薄壁圆周焊。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的钽管的材质为纯钽或钽合金。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一中所述的钨件的材质为纯钨或钨合金。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤一中所述的钽管的壁厚0.4mm～0.6mm，外径为5mm～10mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：步骤一中所述的钽管的壁厚0.5mm，外径为5mm。其他与具体实施方式一至四相同。
采用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法是按以下步骤进行的：
一、将钽管和钨件装卡在旋转夹具上，然后将装有待焊工件的夹具放入真空室中，并和真空室内的旋转卡盘相连，焊前在每隔90°的位置进行对缝焊接，然后关闭真空室舱门，设定基准焊接束流为I0，基准焊接速度V0，完成待焊工件的组装；
步骤一中所述的基准焊接束流为I0为8mA；所述的基准焊接速度V0为300mm/min；
二、将真空室抽真空度至10-2Pa以下时进行焊接，待焊工件旋转60°，此过程焊接速度由0逐步增加到300mm/min，此过程焊接束流为0；
三、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持300mm/min不变，焊接束流由0逐步增大到8mA；
四、待焊工件继续旋转180°，此过程焊接速度保持300mm/min不变，焊接束流保持8mA不变；
五、待焊工件继续旋转90°，此过程焊接速度由300mm/min逐步增加到360mm/min，焊接束流由8mA逐步增加到9.6mA；；
六、待焊工件继续旋转60°，此过程焊接速度由360mm/min逐步降低到330mm/min，焊接束流由9.6mA逐步降低到8mA；
七、待焊工件继续旋转30°，此过程焊接速度由330mm/min逐步降低到300mm/min，焊接束流由8mA逐步降低到7.2mA；
八、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持300mm/min不变，焊接束流由7.2mA逐步降低到0；
九、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度由300mm/min逐步降低到0，焊接束流保持0不变，完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接。
图1为试验一得到的完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接后的工件图，图中1为钽管，2为钨件；
图2为试验一得到的完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接后的焊缝放大图；
从图1和图2可知，试验一焊后获得均匀一致的圆周焊缝，有效地避免了由于热量积累造成焊接结束收弧处熔化过大甚至发生塌陷的缺陷；采用试验一钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法后的钽钨薄壁焊件获得焊缝熔宽最大值为1.26mm，最小值为1.10mm，最大插值为0.16mm，由此可见试验一获得了熔宽均匀的焊缝，没有发现明显的缺陷。

Claims (5)

1.一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，其特征在于一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法是按以下步骤进行的：
一、将钽管和钨件装卡在旋转夹具上，然后将装有待焊工件的夹具放入真空室中，并和真空室内的旋转卡盘相连，焊前在每隔90°的位置进行对缝焊接，然后关闭真空室舱门，设定基准焊接束流为I0，基准焊接速度V0，完成待焊工件的组装；
步骤一中所述的基准焊接束流为I0为8mA；所述的基准焊接速度V0为300mm/min；
二、将真空室抽真空度至10-2Pa以下时进行焊接，待焊工件旋转60°，此过程焊接速度由0逐步增加到基准焊接速度V0，此过程焊接束流为0；
三、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由0逐步增大到基准焊接束流I0；
四、待焊工件继续旋转180°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流保持基准焊接束流I0不变；
五、待焊工件继续旋转90°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步增加到基准焊接速度V0的1.2倍，焊接束流由基准焊接束流I0逐步增加到基准焊接束流I0的1.2倍；
六、待焊工件继续旋转60°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.2倍逐步降低到基准焊接速度V0的1.1倍，焊接束流由基准焊接束流I0的1.2倍逐步降低到基准焊接束流I0；
七、待焊工件继续旋转30°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0的1.1倍逐步降低到基准焊接速度V0，焊接束流由基准焊接束流I0逐步降低到基准焊接束流I0的0.9倍；
八、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度保持基准焊接速度V0不变，焊接束流由基准焊接束流I0的0.9倍逐步降低到0；
九、待焊工件继续旋转120°，此过程焊接速度由基准焊接速度V0逐步降低到0，焊接束流保持0不变，完成钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接。
2.根据权利要求1所述的一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，其特征在于步骤一中所述的钽管的材质为纯钽或钽合金。
3.根据权利要求1所述的一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，其特征在于步骤一中所述的钨件的材质为纯钨或钨合金。
4.根据权利要求1所述的一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，其特征在于步骤一中所述的钽管的壁厚0.4mm～0.6mm，外径为5mm～10mm。
5.根据权利要求1或4所述的一种钽与钨金属薄壁圆周焊缝的电子束焊接方法，其特征在于步骤一中所述的钽管的壁厚0.5mm，外径为5mm。
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