CN111037084B - 一种铌合金的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铌合金的焊接方法，属于高温热结构材料焊接技术领域。本发明的焊接方法具体包括以下步骤：将铌合金板材拼接，得到待焊接缝隙；沿缝隙的位置预加工铌合金板材，预加工方法如下：首先将铌合金板材之间的待焊接缝隙的宽度调整到原焊接缝隙宽度的20‑40倍，然后沿垂直于待焊缝缝隙的方向钻孔，钻孔的直径为原焊接缝隙宽度的40‑60倍，钻孔的深度为铌合金板材的厚度，然后得到新的待焊接缝隙；采用电子束C焊接上述形成的新缝隙；焊接完成得到铌合金板材焊接件。本发明所设计的铌合金焊接方法具有焊接强度高、密封性能好等优点，在高温热结构及热防护方面具有潜在应用前景。

Description

一种铌合金的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种铌合金的焊接方法，属于高温热结构材料焊接技术领域。
背景技术
伴随着高速飞行器、热储能和核热发电技术的出现和发展，以铌合金为代表的难熔金属，如C-103、Nb521在火箭燃烧室、疏导防热等方面显示出良好的应用前景。
焊接是影响铌合金应用的关键技术之一。相对于一般金属，铌合金具有熔点高、导热性能好、易氧化等特点，焊接过程中容易产生熔深不足、密封性差、表面氧化等现象，导致得到的铌合金结构强度不足，难以应用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铌合金的焊接方法。该方法具有焊接强度高、密封性好、不易氧化等优点，能够实现对铌合金可靠连接。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种铌合金的焊接方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将两块待焊接的铌合金板材拼接，得到待焊接缝隙；
步骤(2)、沿待焊接缝隙的位置预加工铌合金板材，预加工的方法如下：
首先将铌合金板材之间的待焊接缝隙的宽度调整到原缝隙宽度的20-40倍，然后，沿垂直于待焊缝缝隙的方向钻孔，钻孔的直径为原缝隙宽度的40-60倍，钻孔的深度为铌合金板材的厚度，然后得到新的待焊接缝隙；
步骤(3)、采用电子束焊接上述步骤(2)后形成的新的待焊接缝隙；
步骤(4)、焊接完成，得到铌合金板材焊接件。
上述铌合金的焊接方法中，所述的两块铌合金板材的厚度为1.5-6mm，两块铌合金板材的材质选自C-103、Cb752或Nb521。
上述铌合金的焊接方法中，所述步骤(1)中得到的待焊接缝隙的宽度小于0.05mm，且铌合金板材的拼接面的平行度小于//0.1mm。
上述铌合金的焊接方法中，所述步骤(2)中的预加工步骤中，所述两块铌合金板材之间的待焊接缝隙的宽度调整到1.0-2.0mm，所述沿垂直于待焊缝缝隙的方向钻孔的钻孔直径为2-3mm，所述钻孔的深度为1.5-4mm。
上述铌合金的焊接方法中，所述步骤(2)中的预加工步骤中，所述的钻孔沿焊缝方向均布，间距为1-2.5mm，孔的轴线与电子束方向呈0-30°夹角。
上述铌合金的焊接方法中，所述步骤(3)中，所述的电子束焊接为真空焊接，焊接真空度小于5.0×10-2Pa。
上述铌合金的焊接方法中，所述步骤(3)中，所述的电子束沿焊接缝隙方向进行焊接，焊接参数为：加速电压60-65kV，焊接电流20-34mA，焊接线速度10-15mm/s。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)发明实施例提供的这种铌合金的焊接方法，将焊缝从一字形变化锯齿形，熔接熔深高，可确保铌合金板材的结合强度好；
(2)发明实施例提供的这种铌合金的焊接方法，将焊接过程中产生的表面涨力效应融入到铌合金焊接板材中，有效提高了焊缝的密封性；
(3)发明实施例提供的这种铌合金的焊接方法，优选采用电子束进行真空焊接，有效避免了焊接过程中铌合金焊接板材被氧化的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的铌合金的焊接方法步骤(1)和(2)中的构件结构示意图；
图2为本发明实施例提供的铌合金的焊接方法步骤(3)中的构件结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的铌合金高温热管的前视结构示意图；
图3b为本发明实施例提供的高温热管的上试验测温点的位置分布示意图；
图4为本发明实施例提供的铌合金热管在电弧风洞中考核的温度时间图；
图中标识如下：
A1和A2-待焊接铌合金板；B1-原始焊缝；B2-预处理后的焊缝；C-电子束。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1和图2，本发明的这种铌合金的焊接方法，具体包括以下步骤：
(1)将两块待焊接的铌合金板材A1和A2拼接，得到待焊接缝隙B1；
(2)沿缝隙B1的位置预加工两块铌合金板材A1和A2，预加工的方法如下：首先将铌合金板材A1和A2之间的待焊接缝隙的宽度调整到B1宽度的20-40 倍，然后，沿垂直于待焊缝缝隙B1的方向钻孔，钻孔的直径为B1宽度的40-60 倍，钻孔的深度为铌合金板材A1和A2的厚度，然后得到待焊接缝隙B2；
(3)采用电子束C焊接上述步骤(2)后形成的缝隙B2；
(4)焊接完成，得到铌合金板材焊接件。
具体讲，所述的铌合金板材A1和A2的厚度为1.5-6mm，材质为C-103， Cb752或Nb521。
具体讲，所述的步骤(1)中两块铌合金板材A1和A2的拼接后得到焊接缝隙B1宽度小于0.05mm，且A1和A2的拼接面的平行度小于0.1mm。
具体讲，所述的步骤(2)中铌合金板材预加工方法中，将两块铌合金板材 A1和A2的焊缝宽度增大到1.0-2.0mm，而后沿垂直于焊缝方向钻孔，钻孔的直径为2-3mm，深度为1.5-4mm。
具体讲，所述的钻孔沿焊缝方向均布，间距为1-2.5mm，孔的轴线与电子束方向呈0-30°夹角。
具体讲，所述的电子束C沿焊接缝隙方向进行焊接，焊接参数为：加速电压60-65kV，焊接电流20-34mA，焊接线速度10-15mm/s，焊接真空度小于 5.0×10-2Pa。
以下为本发明的一具体实施例，具体说明本发明的铌合金的焊接方法。
实施例1：
根据本发明上述的铌合金的焊接方法，以Nb521作为铌合金板材原材料，焊接制备了铌合金热管壳体。
该铌合金热管壳体焊接的相关技术参数如下：
Nb521板材A1和A2的厚度为2.5mm，待焊接缝隙B1小于0.04mm，Nb521 板材A1和A2拼接面平行度小于0.1mm。
首先，将焊接缝隙B1加大到2.0mm；然后，沿缝隙B1中心线方向钻孔，钻孔的直径为2.5mm，钻孔的深度为2.5mm，钻孔的间距为2mm，钻孔的轴线与焊接缝隙方向呈45-60°夹角；接着，采用电子束焊接，电子束方向与孔的轴线呈0-30°夹角，焊接参数为：焊接真空度小于5.0×10-2Pa，加速电压61kV，焊接电流20mA，焊接线速度12mm/s。
焊接完成，得到铌合金热管壳体焊接件。
然后针对上述制得的铌合金热管壳体焊接件进行性能检测：
首先，将8个大气压空气通入到上述的铌合金热管壳体内1小时，铌合金热管壳体未发生可见变形，说明本焊接方法得到的热管壳体具有高的焊接强度。接着，进一步氦质谱仪检漏结果表明，铌合金热管壳体的漏率为5.0×10-9Pa·m3/s，与Nb521基体的漏率相近，说明采用本发明的铌合金焊接方法得到的铌合金热管壳体具有良好的密封性。
为了进一步说明本发明的优越性，我们将锂工质充入上述铌合金热管壳体，得到了锂工质/铌合金热管样件，并在样件上布置了4个测温点，具体参见图3。其中图3a给出了铌热管的前视图，图3b中给出了热管的上视图和右视图，并标注了5个测温点T0、T1、T2、T3和T4的位置。
图4给出了铌合金热管样件在电弧风洞中的考核性能温度时间曲线。从图中可以看到，5个测温点T0、T1、T2、T3和T4位置的铌合金热管的工作温度约为800-1100℃。考核后热管表面未发现气态锂工质的泄露或壳体变形现象，说明本发明焊接的铌合金在高温状态下仍具有较好的强度和密封性。
由上可见，本发明的这种铌合金焊接方法具有焊接强度高、密封性能好的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种铌合金的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）、将两块待焊接的铌合金板材拼接，得到待焊接缝隙；
步骤（2）、沿待焊接缝隙的位置预加工铌合金板材，预加工的方法如下：
首先将铌合金板材之间的待焊接缝隙的宽度调整到原缝隙宽度的20-40倍，然后，沿垂直于待焊接缝隙的方向钻孔，钻孔的直径为原缝隙宽度的40-60倍，钻孔的深度为铌合金板材的厚度，然后得到新的待焊接缝隙；
步骤（3）、采用电子束焊接上述步骤（2）后形成的新的待焊接缝隙；
步骤（4）、焊接完成，得到铌合金板材焊接件；
步骤（2）中的预加工步骤中，所述铌合金板材之间的待焊接缝隙的宽度调整到1.0-2.0mm，所述沿垂直于待焊接缝隙的方向钻孔的钻孔直径为2−3 mm，所述钻孔的深度为1.5−4mm；
步骤（2）中的预加工步骤中，所述钻孔沿待焊接缝隙方向均布，间距为1−2.5 mm，孔的轴线与电子束方向呈0−30o夹角。
2.根据权利要求1所述的一种铌合金的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，铌合金板材的材质选自C-103、Cb752或Nb521。
3. 根据权利要求1所述的一种铌合金的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，两块铌合金板材拼接后得到焊接缝隙的宽度小于0.05 mm，两块铌合金板材拼接面的平行度小于0.1mm。
4. 根据权利要求1所述的一种铌合金的焊接方法，其特征在于，步骤（3）中，所述电子束沿焊接缝隙方向进行焊接，焊接参数为：焊接真空度小于5.0×10−2 Pa，加速电压 60−65kV，焊接电流20−34 mA，焊接线速度10−15 mm/s。
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