CN109365980A - 一种真空电子束焊接方法及真空室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空电子束焊接方法及真空室，焊接方法包括定位焊接、穿透焊接等步骤；真空室包括经上述真空电子束焊接方法而形成整体的若干不锈钢板。利用本发明所焊接成的真空室，具有焊接质量高，焊缝组织匀称、气孔少及无裂纹等优势。

Description

一种真空电子束焊接方法及真空室
技术领域
本发明涉及核聚变装置中真空室的制造工艺技术领域，具体涉及一种真空电子束焊接方法及真空室。
背景技术
核聚变是将两个较轻的核结合形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式，在此过程会产生质量亏损而释放出巨大的能量，该能量可以替代燃煤或核裂变释放的热能推动蒸汽涡轮进行发电，同时，相比于核裂变反应，核聚变不存在核废料，是极具潜力的新型绿色能源。
核聚变装置是约束核聚变反应，使其受控的重要装置。位于外围处的真空室为核聚变反应提供良好的环境，是核聚变装置的重要组成部分。真空室主要由50mm厚的316L不锈钢板拼焊而成。
在拼焊过程中，若采用传统的氩弧焊方式，不仅需要开坡口，而且需要采用多层多道焊的工艺才能实现厚板料不锈钢的拼焊成型。不仅焊接周期长，同时也带来了变形大、焊缝容易开裂、气孔多以及焊接劳动强度高等的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种焊接质量高，焊缝组织匀称、气孔少、无裂纹的真空电子束焊接方法。
本发明还提供一种使用上述真空电子束焊接方法焊接而成的真空室。
一种真空电子束焊接方法，包括以下步骤：
（1）、焊接准备：将若干个不锈钢板对接压紧后放进真空室中；
（2）、定位焊接：以加速电压150kV、电子束流8-12mA、束流焦点在焊缝表面、扫描频率为450-550Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0.2-0.3mm、焊接速度为3-7mm/s对不锈钢板进行定位焊接；
（3）、穿透焊接：以加速电压150kV、电子束流135-145mA、负离焦10-20mA、扫描频率为450-550Hz，扫描波形为圆形波，其中焊接方向扫描幅值为1-2mm，垂直于焊接方向扫描幅值为0，束斑沿焊接方向往复运动，焊接速度为3-7mm/s对焊件进行穿透焊接。
一种使用上述真空电子束焊接方法焊接而成的真空室，包括经上述真空电子束焊接方法而形成整体的若干不锈钢板。
本发明焊接方法简单，焊接时间短，可以得到焊缝“钉身”部分为匀称的近似平行的焊缝组织，焊缝质量好，焊件变形小。所形成焊接接头的室温抗拉强度大于500MPa，焊接接头侧弯180°无裂纹。
应用在核聚变装置中真空室的制造过程中时，可有效避免传统的氩弧焊带来的大变形与热裂纹问题，同时，匀称的焊缝“钉身”可以有效防止因工艺编程路径偏差或者夹具剩磁导致的磁偏吹带来的未焊透问题，大大缩短真空室的制造周期，保证真空室焊缝的焊接质量，确保真空室的密封性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明实施例中的焊缝正面宏观形貌；
图3为本发明实施例中的焊缝横截面宏观形貌；
图4为本发明实施例中的焊缝超声检测结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例以厚度为50mm，长度为300mm，宽度为150mm的316L不锈钢板作为焊件为例。
参见图1，本发明提供的一种真空电子束焊接方法，包括以下步骤：
（1）、用细砂纸打磨若干个上述不锈钢板的焊缝，以及周边40mm范围内的不锈钢板表面，使其露出金属光泽，然后用水清洗干净整个不锈钢板，再用绸布蘸取酒精将不锈钢板表面擦拭干净，保证其表面无油污等杂质；
（2）、将各不锈钢板的待焊部位对接压紧后放进真空室中，真空室内的真空度小于2.0×10-4mba，保证不锈钢板之间的最大间隙在0.1mm范围内，且不大于不锈钢板厚度的5％，不锈钢板之间接缝的形状呈I型；
（3）、准备板厚为20mm，长度为300mm，宽度为25mm的316L不锈钢作为垫板，
（4）、将垫板放置在接缝背面，并一同压紧，不锈钢板与垫板对接间隙在0.1mm范围内；通过添加垫板，可以将焊接时所造成的焊缝钉尖缺陷引入垫板，保证不锈钢板的焊缝整体内部质量；
（5）、将装配好的不锈钢板与垫板放入焊机真空室中并抽真空，真空室真空度达1.4×10-4mbar时准备焊接；
（6）、定位焊接：以工作距离为315mm、加速电压150kV、电子束流10mA、聚焦电流2521mA（束流焦点在焊缝表面）、扫描频率为500Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0.25mm、焊接速度为5mm/s进行定位焊接；定位焊接过程中，电子束流小幅摆动，保证不增加焊缝宽度的同时，提高定位焊强度，保证焊接过程中，熔池前沿的焊缝不会开裂，提高焊接稳定性；
（7）、穿透焊接：以工作距离为315mm、加速电压150kV、电子束流140mA、聚焦电流2506mA（负离焦15mA），扫描频率为500Hz，扫描波形为圆形波，其中焊接方向扫描幅值（X轴）为1.5mm，垂直于焊接方向（Y轴）扫描幅值为0，即，束斑沿焊接方向往复运动，焊接速度为5mm/s进行穿透焊接；穿透焊接过程中，给定合适的负离焦量，同时，电子束的大幅往复摆动对熔池起到机械搅拌作用，让熔池中的气体充分逸出，获得焊缝“钉身”部分为匀称的近似平行的焊缝组织，提高焊接质量，降低焊接变形；
（8）、将焊接成型件在真空度为1.5×10-4mbar的真空环境下冷却30分钟即可，通过在真空中短时冷却，防止高温的不锈钢板在空气中氧化，同时防止焊缝出现裂纹。
一种使用上述真空电子束焊接方法焊接而成的真空室，包括经上述真空电子束焊接方法而形成整体的若干不锈钢板。
按照本实施例所述真空电子束焊接方法所形成的真空室，不锈钢板处焊缝照片如图2 所示，焊缝正面无咬边；如图3所示，焊缝横截面的“钉身”部分为匀称的近似平行的焊缝组织，如图4所示，焊缝处无裂纹、气孔等缺陷；按GB/T2651-2008在25℃，湿度45%环境下测得焊接接头抗拉强度为549MPa；按GB/T2653-2008在25℃，湿度45%环境下对焊接接头侧弯180°，无裂纹。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种真空电子束焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、焊接准备：将若干个不锈钢板对接压紧后放进真空室中；
（2）、定位焊接：以加速电压150kV、电子束流8-12mA、束流焦点在焊缝表面、扫描频率为450-550Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0.2-0.3mm、焊接速度为3-7mm/s对不锈钢板进行定位焊接；
（3）、穿透焊接：以加速电压150kV、电子束流135-145mA、负离焦10-20mA、扫描频率为450-550Hz，扫描波形为圆形波，其中焊接方向扫描幅值为1-2mm，垂直于焊接方向扫描幅值为0，束斑沿焊接方向往复运动，焊接速度为3-7mm/s对焊件进行穿透焊接。
2.根据权利要求1所述的真空电子束焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，不锈钢板之间的最大间隙在0.1mm范围内，且不大于不锈钢板厚度的5％。
3.根据权利要求1所述的真空电子束焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，不锈钢板之间的接缝背面压紧有与不锈钢板材质相同的垫板。
4.根据权利要求3所述的真空电子束焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，不锈钢板与垫板对接间隙在0.1mm范围内。
5.根据权利要求1所述的真空电子束焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，当真空室真空度达1.4×10-4mbar时，进行步骤（2）。
6.根据权利要求1所述的真空电子束焊接方法，其特征在于：所述步骤（3）后，将焊接成型件在真空度为1.5×10-4mbar的真空环境下冷却30分钟。
7.一种使用权利要求1-6中任意一项所述真空电子束焊接方法焊接而成的真空室，其特征在于：包括经上述真空电子束焊接方法而形成整体的若干不锈钢板。
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