CN116493723A - C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法、真空盒及储存环 - Google Patents
C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法、真空盒及储存环 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法、真空盒及储存环，方法包括定位焊接、深熔焊接等步骤；真空盒包括经上述焊接方法而形成整体的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板；储存环使用上述真空盒。本发明所述焊接方法不仅使C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板异种金属之间焊接稳定、焊缝宽度均匀、飞溅小，而且具有焊缝内部气孔少、焊接接头抗拉强度高的特点；焊接后所制造而成的真空盒，以及使用该真空盒的储存环具有由上述效果而带来的性能稳定、使用寿命长等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种异种金属焊接方法，具体涉及一种C18150铜合金厚板和Inconel625厚板焊接方法、真空盒及储存环。
背景技术
高能同步辐射光源可以将电子加速到接近光速并在加速路径的切线方向同步辐射出可以聚焦到纳米尺度的超高能量的X射线，能够实现对物质内部结构的更清晰成像，其储存环需要将电子的能量提高到6GeV，是高能同步辐射光源的重要组成部分。储存环中的真空盒起到给电子提供高真空、低磁导率环境的的作用，直接影响储存环的性能。
真空盒在制造过程中，需要将C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板（这两种材质的相对磁导率和真空密封性能够满足真空盒的设计要求）进行焊接，但由于C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板的热导率相差约40倍，而且相较于薄板，焊接难度显著增加（ GB/T15574-2016规定大于等于3mm厚的板称为厚板，小于3mm厚的板为薄板）故无法通过氩弧焊等常规熔焊方法将C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板直接对接焊接成型，若使用激光焊接会出现铜合金的高反射问题和氧化严重问题，进而出现熔深不均匀、热裂纹、夹杂和气孔超标缺陷，导致异种金属焊接接头力学性能下降，会严重影响真空密封性能。
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缝成型好，焊缝内部气孔少、无裂纹和抗拉强度高的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法。
一种C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，包括以下步骤：
（1）、焊接准备：将C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板对接压紧后放进焊机真空室中，焊缝背面贴紧Inconel 625垫板，再将焊机真空室抽真空，真空室内的真空度低于2×10-4mbar；
（2）、定位焊接：沿C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板待焊处进行焊接，束流斑点对中焊缝后向C18150铜合金厚板侧偏移，进行等距离分段定位焊，工作距离为800mm～1000mm、加速电压150kV、电子束流5mA～15mA、束流焦点在焊缝表面、聚焦束流2250mA～2350mA、扫描频率为0Hz～2000Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0mm～2mm、焊接速度为5mm/s～8mm/s；
（3）、深熔焊接：在C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板的焊缝处进行深熔焊接，焊接路径同上述步骤（2），焊接速度5mm/s～8mm/s、聚焦束流2210mA～2310mA、电子束流70mA～90mA、 加速电压150KV、扫描频率为1000Hz～2000Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为1mm～2mm；
（4）、将焊接成型件在真空室中冷却30分钟，之后泄真空。
第二方面提供一种使用上述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法焊接而成的真空盒。
一种使用上述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法进行焊接的真空盒，包括经所述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法而形成整体的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板。
第三方面提供一种使用上述真空盒的储存环。
一种储存环，所述储存环为使用上述真空盒的高能同步辐射光源储存环。
本发明所述焊接方法不仅使C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板异种金属之间焊接稳定、焊缝宽度均匀、飞溅小，而且具有焊缝内部气孔少、焊接接头抗拉强度高的特点；焊接后所制造而成的真空盒，以及使用该真空盒的储存环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为本发明实施例中的焊接接头正面形貌；
图2为本发明实施例中的焊接接头横截面形貌；
图3为本发明实施例中的焊接试验件焊缝的X射线探伤结果；
图4为本发明实施例中的焊接试验件的横向力学拉伸试件；
图5为本发明实施例中的焊接试验件的横向力学拉伸测试结果。
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。
本实施例以一块C18150铜合金厚板和一块Inconel 625厚板进行焊接为例，包括C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2（如图1所示），热处理状态为退火，试验板厚为18mm，长度300mm，宽度150mm；
其焊接要求为：两块待焊板沿板材宽度方向进行对接，沿板材长度方向进行焊接，要求焊缝熔深大于18mm。
所配合的材料为垫板（图未示），其中垫板的的型号为Inconel 625，热处理状态退火，厚20mm，长度300mm，宽度20mm。
众所周知，当如上述等异种材料厚板对接焊时，会由于异种材料间的热导率差异、熔点差异和线膨胀系数差异，出现焊缝熔池熔化不对称问题，反映在宏观金相上则为熔池偏移歪斜，容易出现焊偏、未熔合、热裂纹、焊缝根部成型差和表面飞溅严重等缺陷。
真空电子束焊接具备能量密度高，焊缝深宽比大，焊接接头热影响区窄的优势，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C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接时若直接采用普通的真空电子束焊接方式，仍会出现焊偏、热裂纹、焊缝根部成型差和表面飞溅严重等缺陷，导致焊接接头密封性差、抗拉强度低，难以满足设计要求。
本实施例提供的一种C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，针对于C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板的物理性能特点及焊接难点，在真空电子束焊接的基础上，做了焊接参数变量的创造性选择以及焊接步骤的改进等，可有效解决上段所述的技术问题。
具体的，本实施例提供的一种C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，包括以下步骤：
（1）、用不锈钢丝刷打磨C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2及周边40mm范围内金属表面，使其露出金属光泽，然后用干净的绸布蘸取丙酮将上述C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2待焊焊缝及表面擦拭干净，保证金属表面无油污等杂质；
（2）、将C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2对接压紧，保证其之间的最大间隙小于所述板厚度的5％，但最大不超过0.1mm，实现“I”型接头，将垫板按上述步骤（1）所述方法制备干净后放置在焊缝背面，并一同压紧，本实施例的对接间隙最大为0.1mm；
需要说明的是，垫板材质采用Inconel 625，可以降低熔池根部凝固速度，提高熔池底部的流动性，有效改善焊缝根部成型，防止出现因C18150铜合金快速凝固造成的焊缝根部气孔和熔合不良等缺陷；
（3）、将装配好的C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2放入焊机真空室中，保证其工作距离为900mm，并抽真空，真空室真空度达2×10-4mbar时准备焊接；
（4）、定位焊接：沿C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2待焊处的长度方向进行焊接路径的示教编程，束流斑点对中焊缝后向C18150铜合金厚板1侧偏移0.3mm，进行三段的等距离的定位焊，每段长50mm，焊接速度6mm/s、电子束流10mA、加速电压150KV、束流焦点在焊缝表面、聚焦束流2320mA、扫描频率为400Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0.5mm；
需要说明的是，C18150铜合金熔点与Inconel 625熔点相差约200℃，热导率相差约40倍，如果束流斑点对中异种材料厚板焊缝焊接，会出现严重的焊缝熔池熔化不对称问题，宏观金相反映为熔池严重偏移歪斜，进而带来熔池合金元素分布不均匀、焊偏、未熔合、未焊透等问题，为了解决这一问题，对焊接路径进行示教编程时，束流斑点对中焊缝后需要向热导率很大的C18150铜合金板侧偏移，其偏移范围可在0.2mm～0.5mm之间；人为校正厚板异种金属焊缝熔池偏移歪斜问题，同时可以均匀熔池中的异种金属分布，达到解决因熔池偏移歪斜而出现的焊偏、未熔合等缺陷和因组织不均匀导致的焊缝脆化缺陷的目的；
（5）、深熔焊接：在C18150铜合金厚板1与Inconel 625厚板2的焊缝处进行深熔焊接，焊接路径同上述步骤（4），焊接速度6mm/s、聚焦束流2290mA、电子束流85mA、 加速电压150KV、扫描频率为1200Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为1mm；
（6）、将焊接成型件在真空室中冷却30分钟，之后泄真空；
（7）、取出焊接成型件，将焊缝表面的少量飞溅清理干净；
（8）、进行外观检验，X射线探伤与拉伸试验。
上述焊接成型件的焊缝照片如图1 、图2所示，焊缝无裂纹、咬边、下榻；如图3所示，通过对焊缝进行X射线探伤，焊缝质量等级满足GB/T 22085.1-2008的B级要求；对焊接接头按GB/T 2651-2008取样，进行横向拉伸试验，焊接接头抗拉强度为394MPa，结论：合格。
本实施例提供一种使用上述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法进行焊接的真空盒，包括经所述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法而形成整体的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板。
本实施例提供一种储存环，所述储存环为使用上述真空盒的高能同步辐射光源储存环。
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 (6)
1.一种C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、焊接准备：将C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板对接压紧后放进焊机真空室中，焊缝背面贴紧垫板，再将焊机真空室抽真空，真空室内的真空度低于2×10-4mbar；
（2）、定位焊接：沿C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板待焊处进行焊接，束流斑点对中焊缝后向C18150铜合金厚板侧偏移，进行等距离分段定位焊，工作距离为800mm～1000mm、加速电压150kV、电子束流5mA～15mA、束流焦点在焊缝表面、聚焦束流2250mA～2350mA、扫描频率为0Hz～2000Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为0mm～2mm、焊接速度为5mm/s～8mm/s；
（3）、深熔焊接：在C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板的焊缝处进行深熔焊接，焊接路径同上述步骤（2），焊接速度5mm/s～8mm/s、聚焦束流2210mA～2310mA、电子束流70mA～90mA、 加速电压150KV、扫描频率为1000Hz～2000Hz、扫描波形为圆形波、扫描半径为1mm～2mm；
（4）、将焊接成型件在真空室中冷却30分钟，之后泄真空。
2.根据权利要求1所述的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板之间的接头为I型。
3.根据权利要求1所述的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，其特征在于：所述步骤（1）中，垫板材质为Inconel 625。
4.根据权利要求1所述的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法，其特征在于：所述步骤（2）中，束流斑点对中焊缝后向C18150铜合金厚板侧偏移的距离为0.2mm～0.5mm。
5.一种使用权利要求1-4中任意一项所述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法进行焊接的真空盒，其特征在于：包括经所述C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板焊接方法而形成整体的C18150铜合金厚板和Inconel 625厚板。
6.一种储存环，其特征在于：储存环为使用权利要求5所述真空盒的高能同步辐射光源储存环。
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