一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，所述方法包括如下步骤：焊前对异种合金待焊材料对接面进行清理；将待焊异种合金试板固定于焊接设备中，调整焊接间隙；调整电子束流与焊缝对接面偏移距离；对待焊工件进行定位焊接；待焊工件进行正式焊接。本发明专利技术通过焊前清理、焊接间隙控制、电子束流偏移距离以及焊接参数的选择，提出了一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，克服了铌合金与轻质合金异种材料存在热物性差异，获得了表面成型良好的铌合金与轻质合金焊接接头，能够有效提高铌合金与轻质合金焊接接头的可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，具体涉及一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法。

技术介绍

[0002]随着我国未来轨姿控动力系统的发展，对发动机性能提出了更高的要求，提高性能和减轻重量将成为新型发动机技术发展的重要方向。传统发动机身部采用铌钨合金、铌铪合金等难熔合金制造而成，该类合金耐高温，但存在密度高、整体结构质量大的问题。
[0003]目前高性能发动机的辐射冷却结构身部基本采用同种材料，利用焊接工艺将其连接成整体，然后在产品表面涂覆高温抗氧化涂层。实际产品工作中发现，在产品喉部区域范围的温度最高，在焊缝以下的延伸段区域的工作温度较低。通过对不同区域温度的差异分析，根据工作温度、强度要求，在高温段选用强度高的铌钨或铌铪合金，在温度较低部分选用轻质耐热合金，这样可以在不影响发动机整体性能的条件下大幅度降低产品的质量，实现发动机轻质化目的。
[0004]铌钨、铌铪合金密度为8.7g/cm3，轻质合金Nb
‑
Ti
‑
Al密度为6.0
‑
7.0g/cm3，轻质合金Nb
‑
Ti
‑
Al相比于铌钨合金具有密度低，中温强度高，价格低等优势，可用于实现新型发动机提高性能和减轻重量的目的。但由于轻质合金与铌合金热物理性能的极大差异、存在冶金不相容性。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，克服了难熔异种合金的物理性能差异，实现了铌合金与轻质合金难熔异种合金的高质量焊接，获得质量良好的焊接接头，为发动机轻量化发展提供技术支撑。
[0006]具体的，实现了铌合金与轻质合金难熔合金异种材料电子束焊接，克服了铌合金与轻质合金焊接性差、焊接裂纹、气孔等夹杂缺陷，以及接头强度薄弱等问题，为发动机轻质化提供技术支撑。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，包括：
[0009]对铌合金试板和轻质合金试板进行对接定位焊，定位焊的电子束流与焊缝对接面对中；
[0010]调整电子束流与焊缝对接面偏移距离，且电子束流偏向铌合金试板一侧，对铌合金试板和轻质合金试板进行正式焊。
[0011]在焊接方法的一个可实现方式中，所述铌合金为铌钨合金Nb521或铌铪合金NbHf10
‑
1，轻质合金为Nb
‑
Ti
‑
Al；铌合金试板和轻质合金试板为相同厚度对接焊。
[0012]在焊接方法的一个可实现方式中，所述铌合金试板和轻质合金试板的焊接接头厚
度1
‑
3mm。
[0013]在焊接方法的一个可实现方式中，所述对对铌合金试板和轻质合金试板进行对接定位焊之前，对铌合金试板和轻质合金试板的对接面进行清理，包括：用机械加工方法加工异种合金待焊材料对接面，保证待焊铌合金试板与轻质合金试板的对接面均无涂层、氧化色或其他杂质附着，用丙酮清洗待焊铌合金试板与轻质合金试板的对接面。
[0014]在焊接方法的一个可实现方式中，所述对铌合金试板和轻质合金试板的对接面进行清理之后，将铌合金试板和轻质合金试板固定于焊接设备中，调整焊接间隙，包括：焊接设备为真空电子束焊机，焊接室真空度不大于2.7
×
10
‑2Pa；铌合金试板与轻质合金试板之间的焊接间隙不大于0.1mm。
[0015]在焊接方法的一个可实现方式中，所述定位焊采用表面聚焦。
[0016]在焊接方法的一个可实现方式中，所述定位焊的焊接长度与正式焊一致，加速电压60kV，焊接速度0.8
‑
1.2m/min，焊接束流由下式确定：
[0017][0018](I
焊接
为正式焊的焊接束流)。
[0019]在焊接方法的一个可实现方式中，所述正式焊中，电子束流与焊缝对接面的偏移距离为：h＝(0.08
‑
0.12)
×
δ
[0020]其中h为焊接偏移距离，δ为铌合金试板厚度，并且铌合金试板与轻质合金试板厚度相同。。
[0021]在焊接方法的一个可实现方式中，所述正式焊采用表面聚焦。
[0022]在焊接方法的一个可实现方式中，所述正式焊的加速电压60kV，焊接速度0.8
‑
1.2m/min。
[0023]正式焊接前先进行电子束流与焊缝对接面偏移量确认。在20℃时，铌钨/铌铪合金的导热系数为53.7W
·
m
‑1·
℃
‑1，轻质铌合金的导热系数为6.5W
·
m
‑1·
℃
‑1，约为铌钨/铌铪合金导热系数的1/9。由于导热系数的差异，焊接热量在轻质铌合金一侧的热累积更为严重。由于轻质铌合金熔点低且导热性差，轻质铌合金与铌钨/铌铪合金电子束对中焊接时，焊缝偏向轻质铌合金一侧，在铌钨/铌铪合金一侧易于存在未熔合焊接缺陷。当电子束流偏向铌钨/铌铪合金一侧时，可以有效的解决轻质铌合金与铌钨/铌铪合金电子束焊接过程中的焊缝偏移和熔合不良。为了兼顾焊缝成型，电子束流与焊缝对接面偏移距离0.1
‑
0.3mm，方向偏向铌合金一侧。
[0024]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0025]本专利技术实施的一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，定位焊接时采用对中定位实现难熔异种合金的固定，正式焊接时电子束流偏向铌合金一侧，克服了铌合金与轻质合金焊接性差，焊接裂纹、气孔等夹杂缺陷，以及接头强度薄弱等问题，实现难熔合金异种材料的可靠连接。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所述一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法焊接示意图；
[0027]图2为实施例1焊接接头的焊缝正反面形貌图，其中，(a)为焊缝正面成型，(b)为焊
[0049]实施例3
‑
5中，铌钨合金为Nb521，轻质合金为Nb
‑
Ti
‑
Al，焊接接头对接厚度2mm。具体步骤如下：
[0050](1)焊前用机械加工方法加工异种合金待焊材料对接面，保证待焊铌合金与轻质合金对接面均无涂层、氧化色或其他杂质附着，用丙酮清洗待焊铌合金与轻质合金对接面。
[0051](2)焊接设备为真空电子束焊机MEDARD48，焊接室真空度2.7
×
10
‑2Pa，铌合金与轻质合金焊接间隙0.05mm。
[0052](3)定位焊接采用表面聚焦，焊接长度与正式焊一致，加速电压60kV，焊接速度1m/min，电子束流与焊缝对接面对中，焊接束流12mA，：
[0053](4)正式焊接前先进行电子束流与焊缝对接面偏移量确认，焊接接头厚度2mm，方向偏向铌合金一侧。
[0054本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，其特征在于，包括：对铌合金试板和轻质合金试板进行对接定位焊，定位焊的电子束流与焊缝对接面对中；调整电子束流与焊缝对接面偏移距离，且电子束流偏向铌合金试板一侧，对铌合金试板和轻质合金试板进行正式焊。2.根据权利要求1所述的一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，其特征在于，所述铌合金为铌钨合金Nb521或铌铪合金NbHf10
‑
1，轻质合金为Nb
‑
Ti
‑
Al；铌合金试板和轻质合金试板为相同厚度对接焊。3.根据权利要求1所述的一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，其特征在于，所述铌合金试板和轻质合金试板的焊接接头厚度1
‑
3mm。4.根据权利要求1所述的一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，其特征在于，所述对对铌合金试板和轻质合金试板进行对接定位焊之前，对铌合金试板和轻质合金试板的对接面进行清理，包括：用机械加工方法加工异种合金待焊材料对接面，保证待焊铌合金试板与轻质合金试板的对接面均无涂层、氧化色或其他杂质附着，用丙酮清洗待焊铌合金试板与轻质合金试板的对接面。5.根据权利要求1所述的一种铌合金与轻质合金高质量电子束焊接方法，其特征在于，所述对铌合金试板和轻质合金试板的对接面进行清理之后，将铌合金试板...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇璐璐，刘政，赵鼎，耿雪松，王凯，王学远，谢伟伟，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：