一种难熔合金真空电子束焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种难熔合金真空电子束焊接方法，具体包括焊接面处理、焊前准备、装配、进行电子束焊接、进行焊后质量检查。本发明专利技术利用电子束真空焊接环境、穿透能力强、能量集中、热输入小等特点，可以对12mm的Nb521铌合金实施焊接，焊接性能稳定。焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到国家军用标准要求，高温性能良好。

Vacuum electron beam welding method for refractory alloy

The invention discloses a refractory alloy vacuum electron beam welding method, which comprises the welding surface treatment, the preparation before welding, the assembly, the electron beam welding and the quality inspection after welding. The invention has the advantages of electron beam vacuum welding environment, strong penetrating power, energy concentration, small heat input, etc., and can be used for welding the Nb521 niobium alloy of 12mm, and the welding performance is stable. After welding the weld shape, no cracks, porosity, sag, weld surface defects such as undercut and overlap, room temperature mechanical properties of the internal quality, welding can meet the requirement of national military standard, good high temperature performance.

【技术实现步骤摘要】
一种难熔合金真空电子束焊接方法
本专利技术属于焊接
，具体涉及一种难熔合金真空电子束焊接方法，尤其是Nb521铌合金真空电子束焊接方法。
技术介绍
如今，随着航空航天技术的发展，要求不断提高舱段材料的耐热性。Nb521铌合金使用温度高(≥1400℃)，具有良好的高温力学性能，能满足特殊舱段的使用要求。但由于铌合金的熔点高(2460℃)，属于难熔金属，焊接性能比纯铌差，在高温下易氧化和氮化，出现焊接裂纹以及焊缝金属和热影响区脆化。另外由于铌在高温下非常活泼，对杂质的侵入比较敏感，从300℃开始就强烈地与空气中的氢、氧、氮发生反应生成脆性化合物，使金属强度提高而塑性下降，这就要求在焊接过程中必须采取严格的保护措施，防止杂质的污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种难熔合金真空电子束焊接方法，解决难熔合金的焊接缺陷的问题；还解决了铌合金易被杂质污染的问题。本专利技术的技术方案为：一种难熔合金真空电子束焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、焊接面处理：将待焊接试件焊接面均进行加工，表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm；步骤二、焊前准备：将待焊接件进行酸洗、机械打磨、并使用丙酮或者无水乙醇擦拭干净；步骤三、装配：使用焊接夹具、工装装配待焊接试件，两焊接试件焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm，范围内间隙和错边不大于0.2mm；步骤四、进行电子束焊接；步骤五、进行焊后质量检查。有益效果：本专利技术利用电子束真空焊接环境、穿透能力强、能量集中、热输入小等特点，可以对12mm厚的Nb521铌合金实施焊接，焊接性能稳定。焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到国家军用标准GJB1718A-2005《电子束焊接》Ⅰ级要求，高温性能良好。真空电子束能量集中、密度高、熔深大、热输入小等优点，可实现难熔合金Nb521的焊接，焊接质量达到国家军用标准GJB1718A-2005《电子束焊接》Ⅰ级要求。附图说明图1为本专利技术焊接试件焊缝示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术难熔合金采用Nb521铌合金作为实施例，Nb521铌合金试件规格为200mm×60mm×12mm，本专利技术一种难熔合金真空电子束焊接方法包括以下步骤：第一步：焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接的试样焊接面均进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；第二步：焊前准备：将待焊接试件进行酸洗，酸洗后用清水冲洗干净，然后在90℃～110℃下烘干30min～40min。酸洗后待试件焊接前12h以内采用不锈钢丝刷将待焊部位及试件上下表面距离对焊面15mm范围进行打磨，使其露出金属光泽，且不破坏对接尖角。最后采用丙酮或者无水乙醇擦拭干净，去除零件表面油污、非金属杂质等；第三步：装配：使用焊接夹具、工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两焊接试件焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm；第四步：电子束焊接方案1)将焊接夹具、工装放置在所述焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度优于1×10-5mbar，真空室真空度优于7×10-4mbar后开始焊接。2)定位焊：真空度满足要求后，先采用小电流找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置。然后对待焊接试样进行定位焊，定位焊长度约10mm～25mm，间距30mm～40mm。定位焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1505mA-1515mA电子束流：Ib＝4mA-5mA焊接速度：V＝8mm/s偏摆：X＝1.5mm-2.0mm；Y＝0mm3)正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时起弧、熄弧距离均为5mm-10mm，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接。正式焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1505mA-1515mA电子束流：Ib＝80mA-85mA焊接速度：V＝8mm/s-10mm/s偏摆：X＝0.3mm-0.5mm；Y＝0.3mm-0.5mm扫描频率f＝50Hz4)修饰焊：对焊缝进行修饰焊。修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊接时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接。修饰焊工艺参数：加速电压：Ub＝140kV聚焦电流：Ic＝1715mA-1725mA电子束流：Ib＝20mA-30mA焊接速度：V＝8mm/s-10mm/s偏摆：X＝0.3mm-0.5mm；Y＝0.3mm-0.5mm扫描频率f＝20Hz5)焊后将试样在电子束真空舱内冷却15min～20min后再打开真空舱门，待试样完全冷却后松开夹具取出试件。第五步：焊后质量检查1)焊后采用目视或借助于10倍以下放大镜对电子束焊缝进行外观质量检查，保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬边、凹陷等缺陷；2)焊后采用X射线对电子束焊缝进行无损检测，焊缝质量满足GJB1718A-2005中I级焊缝要求；3)对电子束焊缝制取常温拉伸试样，进行接头常温拉伸力学性能测试，焊缝常温拉伸强度、屈服强度均达到母材的95％以上，延伸率达到母材的86％。4)对电子束焊缝制取高温拉伸试样，进行接头高温拉伸力学性能测试，Nb521铌合金随着温度的升高，电子束焊缝拉伸强度、屈服强度均呈下降趋势，电子束焊缝在600℃～1000℃之间拉伸强度、屈服强度变化较为平缓，1000℃～1800℃之间同梯度降低；电子束焊缝延伸率先呈增加趋势，在1800℃时延伸率降低至最小；Nb521铌合金电子束焊缝在1600℃之前为韧性断裂，在1800℃时为脆性断裂。因此，该材料使用环境应低于1600℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种难熔合金真空电子束焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、焊接面处理：将待焊接试件焊接面均进行加工，表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm；步骤二、焊前准备：将待焊接件进行酸洗、机械打磨、并使用丙酮或者无水乙醇擦拭干净；步骤三、装配：使用焊接夹具、工装装配待焊接试件，两焊接试件焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm，范围内间隙和错边不大于0.2mm；步骤四、进行电子束焊接；步骤五、进行焊后质量检查。

【技术特征摘要】
1.一种难熔合金真空电子束焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、焊接面处理：将待焊接试件焊接面均进行加工，表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm；步骤二、焊前准备：将待焊接件进行酸洗、机械打磨、并使用丙酮或者无水乙醇擦拭干净；步骤三、装配：使用焊接夹具、工装装配待焊接试件，两焊接试件焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm，范围内间隙和错边不大于0.2mm；步骤四、进行电子束焊接；步骤五、进行焊后质量检查。2.根据权利要求1所述的一种难熔合金真空电子束焊接方法，其特征在于，所述的步骤四包括以下步骤：步骤4.1、采用高压真空电子束焊机，当电子束枪真空度优于1×10-5mbar，真空室真空度优于7×10-4mbar后开始焊接；步骤4.2、进行定位焊：真空度满足要求后，先找出焊接轨迹，保证电子束斑点位于焊缝中间位置；然后对待焊接试样进行定位焊，定位焊长度约10mm～25mm，间距30mm～40mm。步骤4.3、正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊时起弧、熄弧距离均为5mm-10mm，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；步骤4.4、修饰焊：正式焊接后对焊缝进行修饰焊，修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊接时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接。步骤4.5、焊后将试样在电子束真空舱内冷却15min～20min后再打开真空舱门，待试样完全冷却后松开夹具取出试件。3.根据权利要求1或2所述的一种难熔合金真空电子束焊接方法，其特征在于，所述的步骤五包括以下步骤：步骤5.1、焊后对电子束焊缝进行外观质量检查，保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冬妹，陈建勋，王瑞，李康宁，马向宇，姜涛，高丽娇，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11