CN110227879B - 空心无氧铜棒真空电子束焊方法、电流引线及核聚变装置 - Google Patents

空心无氧铜棒真空电子束焊方法、电流引线及核聚变装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心无氧铜棒真空电子束焊方法、电流引线及核聚变装置，方法包括定位焊接、深熔焊接及修饰焊接等步骤；电流引线包括经上述空心无氧铜棒真空电子束焊方法而形成整体的空心无氧铜棒，核聚变装置采用上述电流引线。本发明所述焊接方法的不仅使空心无氧铜棒之间焊接稳定、焊缝宽度均匀、飞溅小并且收弧饱满，而且具有焊接接头密封性好、抗拉强度高的特点；焊接后所制造而成的电流引线，以及应用该电流引线的核聚变装置具有由上述效果而带来的性能稳定、使用寿命长等优势。

Description

空心无氧铜棒真空电子束焊方法、电流引线及核聚变装置
技术领域
本发明涉及核聚变装置中电流引线的制造工艺技术领域，具体涉及一种空心无氧铜棒真空电子束焊方法、电流引线及核聚变装置。
背景技术
核聚变装置中的电流引线，是由导电性优异的无氧铜制成，在制造时需要将若干个厚壁空心无氧铜棒进行焊接加工。
由于无氧铜的高导热率，所以无法对空心无氧铜棒进行直接焊接，通常需要预热至400℃左右，在高温下进行焊接。不仅劳动强度大，而且由于呈液态状的无氧铜具有较强的吸气性和一定的氧化性，导致焊接过程中容易出现裂纹、气孔等缺陷。
真空电子束焊接具备高的能量密度，大的焊缝深宽比，窄的焊接接头热影响区，使得电子束焊接技术在航空、航天与核电等行业被广泛使用。但上述厚壁空心无氧铜棒焊接时若直接采用普通的真空电子束焊接方式，会出现焊缝表面成型差、飞溅严重，和严重的收弧弧坑等缺陷，导致焊接接头密封性差、抗拉强度低，难以满足设计要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，第一方面提供一种焊接质量高，焊缝组织匀称、接头密封性好、抗拉强度高的空心无氧铜棒真空电子束焊方法。
第二方面提供一种使用上述空心无氧铜棒真空电子束焊方法焊接而成的电流引线。
第三方面提供一种使用上述电流引线的核聚变装置。
一种空心无氧铜棒真空电子束焊方法，包括以下步骤：
(1)、焊接准备：将空心无氧铜棒对接压紧后放进焊机真空室中，再将焊机真空室抽真空，真空室内的真空度低于4×10-4mbar；
(2)、定位焊接：沿空心无氧铜棒待焊处的圆周方向进行对称定位焊，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2431mA～2451mA、电子束流30mA～70mA、加速电压：150KV；
(3)、深熔焊接：在空心无氧铜棒的焊缝处进行深熔焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2385mA～2415mA、电子束流130mA～170mA、加速电压150KV；
(4)、修饰焊接：在空心无氧铜棒的焊缝处进行修饰焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2495mA～2515mA、电子束流40mA～80mA、加速电压150KV、电子束偏摆扫描为圆形波，扫描幅值3-6mm，频率80-500Hz；
(5)、将焊接成型件在真空室中至少冷却10分钟，之后泄真空。
一种使用上述空心无氧铜棒真空电子束焊方法进行焊接的电流引线，包括经所述空心无氧铜棒真空电子束焊方法而形成整体的第一、第二空心无氧铜棒。
一种核聚变装置，使用上述电流引线作为核聚变装置的电流引线。
本发明所述焊接方法的不仅使空心无氧铜棒之间焊接稳定、焊缝宽度均匀、飞溅小并且收弧饱满，而且具有焊接接头密封性好、抗拉强度高的特点；焊接后所制造而成的电流引线，以及应用该电流引线的核聚变装置具有由上述效果而带来的性能稳定、使用寿命长等优势。
本发明所述焊接方法的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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为本发明实施例中第一空心无氧铜棒与第二空心无氧铜棒的对接结构示意图；
图2为本发明实施例中的焊缝正面形貌；
图3为本发明实施例中的焊缝横截面形貌；
图4为本发明实施例中冷热冲击试验图片，a：液氮浸泡；b：室温水浸泡；
图5为本发明实施例中的氦气检漏测试图片，a：检漏中；b：检漏结果。
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。
本实施例以两根外径φ105mm，内孔孔径φ16mm，铜棒长度80mm的C10200空心无氧铜棒为例，以下称为第一空心无氧铜棒1与第二空心无氧铜棒2(如图1所示)。
本发明提供的一种空心无氧铜棒真空电子束焊方法，包括以下步骤：
(1)、用细砂纸蘸酒精打磨第一、第二空心无氧铜棒待焊焊缝及周边40mm范围内金属表面，使其露出金属光泽，然后用水清洗干净，再用绸布蘸取酒精将上述铜棒的表面擦拭干净，保证金属表面无油污等杂质；
(2)、将第一、第二空心无氧铜棒对接压紧(如图1所示，为了使第一、第二空心无氧铜棒装配快速方便，以及确保它们的同轴度与焊缝的对接精度，对接压紧时可采用自定心止口对接方式，即对接处为可形成类似于卯榫结构的凸止口与凹止口，对接后也可采用夹具夹紧固定)；
(3)、将对接压紧后的第一、第二空心无氧铜棒放进焊机真空室的三爪卡盘处，铜棒之间待焊处表面与电子束轴线垂直，防止产生偏移和咬边，铜棒之间最大间隙小于铜棒厚度的5％，但铜棒之间的间隙最大不超过0.1mm，形成“I”型接头，本实例的对接间隙为0.05mm；
(4)、将焊机真空室抽真空，真空室内的真空度低于4×10-4mbar；
(5)、定位焊接：沿第一、第二空心无氧铜棒待焊处的圆周方向，进行四段的对称定位焊，每段长20-40mm，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2431mA～2451mA、电子束流30mA～70mA、加速电压：150KV(目的在于，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)；
(6)、深熔焊接：在第一、第二空心无氧铜棒的焊缝处进行深熔焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2385mA～2415mA、电子束流130mA～170mA、加速电压150KV(其中，在穿透焊接过程中，通过调节聚焦电流，给定合适的负离焦量，保证焊接过程稳定、飞溅小)；
(7)、修饰焊接：在第一、第二空心无氧铜棒的焊缝处进行修饰焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2495mA～2515mA、电子束流40mA～80mA、加速电压150KV、电子束偏摆扫描为圆形波，扫描幅值3-6mm，频率80-500Hz(其中，在收弧过程中，同时衰减电流和增加聚焦电流，保证收弧过程平稳，收弧饱满，飞溅少，有效消除收弧弧坑，给定合理的电子束扫描波形、幅值和频率，保证焊缝鱼鳞纹细腻，余高均匀一致)；
(8)、将焊接成型件在真空室中冷却10分钟，之后泄真空(通过在真空中短时冷却，防止高温的无氧铜在空气中氧化，同时防止焊缝出现热裂)；
(9)、取出焊接成型件，将焊缝表面的飞溅清理干净；
(10)、进行外观检验，氦气检漏与拉伸试验。
上述焊接成型件的焊缝照片如图2、图3所示，表面无裂纹，焊缝无裂纹、咬边、下榻；如图4、图5所示，将焊接成型件置于液氮中浸泡1小时后再放置常温环境回温至0℃，通过连续5次冷热循环冲击试验后，焊接接头的氦气漏率1.2×10-10Pa.m3/s；对接头按GB/T2651-2008取四组试样，进行横向拉伸试验，抗拉强度分别为208MPa、189MPa、208MPa和190MPa，结论：合格。
本实施例提供一种使用上述空心无氧铜棒真空电子束焊方法进行焊接的电流引线，包括经所述空心无氧铜棒真空电子束焊方法而形成整体的第一、第二空心无氧铜棒。
本实施例提供一种使用上述电流引线的核聚变装置，使用上述电流引线作为电流引线。
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 (5)

1.一种空心无氧铜棒真空电子束焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、焊接准备：将空心无氧铜棒对接压紧后放进焊机真空室中，再将焊机真空室抽真空，真空室内的真空度低于4×10-4mbar；
(2)、定位焊接：沿空心无氧铜棒待焊处的圆周方向进行对称定位焊，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2431mA～2451mA、电子束流30mA～70mA、加速电压150KV；
(3)、深熔焊接：在空心无氧铜棒的焊缝处进行深熔焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2385mA～2415mA、电子束流130mA～170mA、加速电压150KV；
(4)、修饰焊接：在空心无氧铜棒的焊缝处进行修饰焊接，焊接速度8mm/s±3mm/s、聚焦束流2495mA～2515mA、电子束流40mA～80mA、加速电压150KV、电子束偏摆扫描为圆形波，扫描幅值3-6mm，频率80-500Hz；
(5)、将焊接成型件在真空室中至少冷却10分钟，之后泄真空。
2.根据权利要求1所述的空心无氧铜棒真空电子束焊方法，其特征在于：所述步骤(1)中，空心无氧铜棒之间的对接方式为自定心止口对接。
3.根据权利要求1所述的空心无氧铜棒真空电子束焊方法，其特征在于：所述步骤(1)中，空心无氧铜棒之间最大间隙小于铜棒厚度的5％，但空心无氧铜棒之间的间隙最大不超过0.1mm。
4.一种使用权利要求1-3中任意一项所述空心无氧铜棒真空电子束焊方法进行焊接的电流引线，其特征在于：包括经上述空心无氧铜棒真空电子束焊方法而形成整体的空心无氧铜棒。
5.一种核聚变装置，其特征在于：使用如权利要求4所述的电流引线。
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