一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，属于铍片与铝合金环的焊接方法技术领域。本发明专利技术的一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，包括以下步骤：定位焊装夹步骤：将铍片贴合的嵌套于铝合金环内，采用定位钳将铍片与铝合金环装夹于转盘上；定位焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片与铝合金环进行对称的定位焊，形成定位焊组件；满焊装夹步骤：拆卸下定位钳，采用定位环将定位焊组件的铝合金环装夹于转盘上；满焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片与铝合金环进行满焊，形成满焊组件。本发明专利技术能够抑制焊接过程中铍片和铝合金环的焊接变形，且不易产生焊接裂纹，所获得的焊接接头又能适应较高环境温度等严苛环境使用要求。

A welding method of large size thin wall beryllium sheet and aluminum alloy ring

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法
本专利技术涉及一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，属于铍片与铝合金环的焊接方法

技术介绍
铍材具有低密度、高比强度、高比刚度、热中子吸收率小等特点，在航空、航天、仪表、核工业等领域得到了广泛的应用。这些应用会涉及到铍材与其它材料的焊接。但铍的塑性很差，其延伸率仅为3％左右，是目前最难焊接的材料之一，在焊接过程中易产生焊接变形和裂纹等问题。当铍工件的直径较大而厚度较小时，在焊接时若不对工件的变形加以控制，其变形将尤为严重，甚至使工件产生裂纹而破坏，可以预见，将大尺寸薄壁铍片与其它材料焊接将更为困难。冷邦义等人(《稀有金属材料与工程》，2008)采用AgCu28合金作为过渡层材料，采用热等静压(HIP)方法进行了Be与CLAM钢(中国低活化马氏体钢)的扩散连接，该类扩散连接工艺需要对焊接结构整体进行高温加热，难以满足一些热敏产品部件的要求。张鹏程等人(《稀有金属》，2001)采用感应钎焊技术制备了铍与HR-1不锈钢的连接接头，焊接前先在HR-1上用离子镀方法镀0.25mm厚的纯铝作为过渡层，使用铅基低熔点钎料进行钎焊，该类钎焊方法获得的连接接头难以满足使用环境温度大于200℃的严苛环境使用要求。李盛和等人(《原子能科学技术》，2008)发表的文献《铍/铝镁合金YAG激光焊接工艺及微观组织分析》，利用YAG激光焊接了铍/铝镁合金环,探索出合理的焊接工艺参数,但所获得的焊接接头为热传导焊，焊缝熔深较浅，为0.2mm，且焊接试件为厚壁管状部件，由于焊缝熔深较小，力学性能有待进一步提升。上述针对铍的焊接方法的焊前处理工艺复杂，所得焊接接头的应用范围受到限制，不太适用于大尺寸薄壁铍片与铝合金环之间的组焊；因此亟需设计一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，既易于操作，又能控制其变形、不产生焊接裂纹，且焊接接头的熔深较大，还能适应较高环境温度下使用的焊接方法显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，包括以下步骤：定位焊装夹步骤：将铍片嵌套于铝合金环内，所述铍片与铝合金环相贴合，采用定位钳将铍片与铝合金环固定装夹于转盘上，定位钳的数量至少有2M个，且M≥2；定位焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片与铝合金环进行对称的定位焊，形成定位焊组件；定位焊缝的数量至少有2N段，且N≥2；满焊装夹步骤：拆卸下定位钳，采用定位环将定位焊组件的铝合金环固定装夹于转盘上；满焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片与铝合金环进行满焊，形成满焊组件。采用本专利技术的一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法时，通过定位焊装夹步骤，使铍片与铝合金环被定位钳固定装夹于转盘上，以使在进行定位焊步骤时，抑制定位焊过程中铍片与铝合金环的焊接变形，铍片与铝合金环之间通过定位焊缝相连，形成一体结构的定位焊组件；再通过满焊装夹步骤，使定位焊组件的铝合金环固定装夹于转盘上，定位环直接作用于铝合金环的外缘附近(不直接作用于铍片上)，而铍片与铝合金环通过定位焊缝连接，以使在进行满焊步骤时，抑制满焊过程中铍片与铝合金环的焊接变形，铍片与铝合金环之间通过满焊缝形成一体结构的满焊组件。本专利技术中，在定位焊步骤中，通过真空电子束焊接方式对铍片与铝合金环进行对称的定位焊，形成定位焊组件；定位焊缝的数量至少有2N段，且N≥2。能够有效的降低定位焊过程中铍片与铝合金环的焊接变形。通过对称的定位焊，能够有效减少焊接过程中铍片与铝合金环的焊接变形，形成的定位焊缝呈两两对称关系；优选的，定位钳也是呈两两对称关系。对称的定位焊形成了成对对称的定位焊缝，每对定位焊缝中的段定位焊缝是呈对称关系的。具体的，进行对称的定位焊时，是一对一对进行施焊的；例如，定位焊缝的数量有6段(即3对)，先对称的施焊第一对定位焊缝，再对称的施焊第二对定位焊缝，最后对称的施焊第三对定位焊缝。本专利技术中，铍片与铝合金环相贴合(两者之间无间隙)，定位焊/满焊时，采用自熔焊的方式，无需填丝。进一步的，在定位焊装夹步骤之前，还包括清理步骤：采用化学清理的方式对铍片与铝合金环的待组焊部位进行清理。使之表面清洁。通过清理步骤，清理掉铍片与铝合金环待焊表面的油污和氧化膜等杂质，确保焊接可靠。例如进行清理步骤时，先采用酸洗，再采用丙酮/酒精擦洗。当然，如果防护条件许可(由于铍的剧毒)，也可以采用机械清理的方式对铍片与铝合金环的待焊部位进行清理。铍(Beryllium)是一种灰白色的碱土金属，原子序数为4，元素符号Be。铍及其化合物都有剧毒，因此，化学清理是优选的清理方式。进一步的，在定位焊装夹步骤与定位焊步骤之间，还包括定位焊预热步骤：通过真空电子束散焦加热方式对铍片进行预热；在满焊装夹步骤与满焊步骤之间，还包括满焊预热步骤：通过真空电子束散焦加热方式对铍片进行预热。通过对铍片的预热，能够减缓铍片的冷却速度，降低焊接应力，减小焊接变形，防止产生焊接裂纹。由于铝合金环的热膨胀系数远大于铍片，如果同时对铝合金环与铍片进行预热，铝合金环将向四周膨胀，而处于铝环内的铍片的膨胀量较小，从而造成铍片与铝合金的贴合界面处产生挤压变形而错位，导致焊接无法实施。通过真空电子束散焦加热方式，优选的在离焊接位置一定距离对铍片进行预热，可使铍片升至较高温度，从而改善铍的焊接性能。由于铝合金环没有被直接加热，其变形较小，避免了贴合界面处的错位。紧接着进行定位焊步骤/满焊步骤，可获得较好的焊接质量。需要注意的是，在进行铍片的真空电子束散焦加热时，应避免/禁止铍片的熔化。可供选择的，在定位焊预热步骤、满焊预热步骤中，铍片的预热区域距铍片边缘的距离为5mm-10mm。可供选择的，在定位焊预热步骤、满焊预热步骤中，铍片的预热参数为：加速电压为100kV-150kV、电子束束流为1.5mA-1.8mA、聚焦电流为2700mA-2900mA、预热速度为8mm/s-10mm/s。可供选择的，在定位焊预热步骤、满焊预热步骤中，铍片的预热温度为80℃-200℃，预热时间为5min-15min。优选的，在定位焊步骤中，每段定位焊缝的弧度为π/10弧度-π/9弧度。可供选择的，在定位焊步骤中，定位焊的焊接参数为：加速电压为120kV-150kV、电子束束流为1.2mA-1.5mA、聚焦电流为2300mA-2400mA、焊接速度为8mm/s-10mm/s。可供选择的，在满焊步骤中，满焊的焊接参数为：加速电压为120kV-150kV、电子束束流为1.8mA-2.2mA、聚焦电流为2300mA-2400mA，焊接速度为8mm/s-10mm/s。进一步的，在满焊步骤之后还包括留置步骤：焊接完毕后，将铍片与铝合金环焊接形成的满焊组件留置于真空电子焊束机的焊接室内。满焊组件留置(静置)在真空电子焊束机的焊接室内，使满焊组件处于真空环境中，焊接接头能够缓慢冷却，减小焊接残余应力，避免出现焊接裂纹。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：/n定位焊装夹步骤：将铍片(1)嵌套于铝合金环(2)内，所述铍片(1)与铝合金环(2)相贴合，采用定位钳(4)将铍片与铝合金环固定装夹于转盘(3)上，定位钳(4)的数量至少有2M个，且M≥2；/n定位焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片(1)与铝合金环(2)进行对称的定位焊，形成定位焊组件；定位焊缝(7)的数量至少有2N段，且N≥2；/n满焊装夹步骤：拆卸下定位钳(4)，采用定位环(5)将定位焊组件的铝合金环(2)固定装夹于转盘(3)上；/n满焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片(1)与铝合金环(2)进行满焊，形成满焊组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
定位焊装夹步骤：将铍片(1)嵌套于铝合金环(2)内，所述铍片(1)与铝合金环(2)相贴合，采用定位钳(4)将铍片与铝合金环固定装夹于转盘(3)上，定位钳(4)的数量至少有2M个，且M≥2；
定位焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片(1)与铝合金环(2)进行对称的定位焊，形成定位焊组件；定位焊缝(7)的数量至少有2N段，且N≥2；
满焊装夹步骤：拆卸下定位钳(4)，采用定位环(5)将定位焊组件的铝合金环(2)固定装夹于转盘(3)上；
满焊步骤：通过真空电子束焊接方式对铍片(1)与铝合金环(2)进行满焊，形成满焊组件。


2.如权利要求1所述的一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，其特征在于：在定位焊装夹步骤之前，还包括清理步骤：采用化学清理的方式对铍片(1)与铝合金环(2)的待组焊部位进行清理。


3.如权利要求1所述的一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，其特征在于：在定位焊装夹步骤与定位焊步骤之间，还包括定位焊预热步骤：通过真空电子束散焦加热方式对铍片(1)进行预热；在满焊装夹步骤与满焊步骤之间，还包括满焊预热步骤：通过真空电子束散焦加热方式对铍片(1)进行预热。


4.如权利要求3所述的一种大尺寸薄壁铍片与铝合金环的焊接方法，其特征在于：在定位焊预热步骤、满焊预热步骤中，铍片(1)的预热区域距铍片(1)边缘的距离为5mm-10mm。


5.如权利要求3所述的一种大尺寸薄壁铍片与铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盛和，吕学超，窦作勇，罗学健，杨龙，张志强，郭兴根，殷雪峰，王晶，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51