專利名稱：一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空電子束焊接方法，尤其是一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法。
背景技術(shù)：
在射頻超導(dǎo)腔的制造過程中，要對高純鈮材進行真空電子束焊接。采用真空電子束焊接的一個原因是這種焊接方式是在真空中進行。鈮的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，在高溫下與氧、氮等雜質(zhì)氣體的結(jié)合能力非常強。而射頻超導(dǎo)腔的制造需要純度非常高的鈮材，并且在焊接過程中要盡量避免鈮對氧、氮等雜質(zhì)氣體的吸收。這就需要焊接時在盡量高的真空中進行。目前電子束焊機焊接時采用的獲得高真空的方法有通過機械泵(獲得低真空)+油擴散泵(獲得高真空)作為真空機組獲得高真空。這樣獲得真空可以達到5X KT4Pa級另O，但是真空中含有較多的油蒸汽分子及該真空條件下對應(yīng)的一定數(shù)量的氧、氮含量，會對銀材造成污染。目前另一種較好的電子束焊機焊接時獲得高真空的方法是采用無油機械泵(獲得低真空)+低溫深冷泵獲得高真空。這樣獲得的真空可以達到2X10_4Pa級別。這樣獲得的真空較純凈，但真空中還是存在該真空條件下對應(yīng)的氧、氮含量，鈮材焊接時，會對鈮材造成污染。實驗表明，高RRR值鈮材在氣壓大于8X 10_3Pa焊接時，RRR的下降將大于10%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，本發(fā)明的技術(shù)方案可以在真空電子束焊接設(shè)備的真空基礎(chǔ)上，通過采用本方法，為鈮材的焊接提供一個更高的真空環(huán)境，從而使鈮材的焊接可以更充分的避免氧、氮等雜質(zhì)氣體的污染，從而獲得更好的鈮材焊接純度。實現(xiàn)本發(fā)明目的一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，包括以下步驟:( I)將鈮工件和犧牲金屬放入焊接真空室；(2)對焊接真空室抽真空，使其達到所需真空；(3)用真空電子束焊機的電子束，轟擊犧牲金屬，使被加熱的犧牲金屬表面的電子束斑區(qū)域形成熔池；(4)在10分鐘內(nèi)盡量短的時間內(nèi)，啟動電子束對鈮工件進行電子束焊接。所述步驟(3)中電子束焊機的功率為0.l-30kw,電子束焦點可采用上焦點、下焦點或聚焦在犧牲金屬表面上，束斑可采用振蕩或不振蕩。所述步驟(3)中犧牲金屬表面形成熔池后，使熔池移動，熔池移動的速度在
0.lmm/min-50mm/min。使熔池保持移動,不會造成熔池的深度逐漸加深,甚至穿透。因此對犧牲金屬的厚度不需要更高的要求，例如金屬鈮做犧牲金屬的情況下，如果熔池不移動，金屬鈮作為犧牲金屬的厚度為IOOmm以上才較安全。如果保持電子束移動，在熔池的深度沒有發(fā)展之前，熔池就移動了位置，這樣即使5_厚的金屬鈮板也可以安全的作為犧牲金屬。移動速度0.lmm/min-50mm/min, 2mm-30mm厚的犧牲金屬都可以安全使用，同樣此參數(shù)的安全使用受到電子束功率的影響。所述步驟(3)中，電子束轟擊犧牲金屬及保持熔池的時間為0.1-30分鐘。在熔池保持的時間內(nèi)，液態(tài)的金屬會吸收真空室中殘留的氧、氮氣體分子。保持一定時間可以保證犧牲金屬充分的吸收氣體。實驗證明，在該真空條件下，該時間段維持在0.1-30分鐘既可，然而在較低的真空度下啟動熔池時，需要保持較長的時間。所述步驟(I)中的犧牲金屬在放入真空室前進行酸洗、高純水沖洗及干燥，以保持
表面清潔。所述步驟(2)中抽真空后真空室的氣壓為彡8X IO^2Pa0所述犧牲金屬為純度大于99%的鈮、鉭、鈦、鋯、鉿、釩中的一種。其中，熔池是指焊接過程中金屬局部熔化的區(qū)域。電子束束斑的震蕩，是指通過電子槍線圈的控制，使電子束的位置發(fā)生周期的變化，從而使束斑發(fā)生周期性的變化。實驗表明，高RRR值鈮材在氣壓大于8X 10_3Pa焊接時，RRR的下降將大于10%，通過應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，鈮材的真空電子束焊接可以在更高的真空條件下進行，可以獲得更好的鈮材純度，同時，可以減少抽真空時間而獲得與以前相同或更好的真空。
具體實施例方式為更好的說明本發(fā)明，下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例1: (I)取純度99.99%的鈮板六作為犧牲金屬，鈮板尺寸為6011111^15011111^40111111。鈮板采用氫氟酸(濃度40%)、硝酸(濃度65%)、磷酸(濃度85%)的混合酸(體積比為1:1:2)，酸的溫度控制在20°C以下酸洗20分鐘。然后用大于10ΜΩ.cm的純水沖洗30分鐘后，在百級超凈間中晾干，晾干時間2小時。(2)將鈮板A和鈮工件一起放入電子束焊機的真空室中抽空。真空度達到
7.4X KT4Pa時，以0.5Kw的功率啟動電子束，表面焦點，電子束的震蕩圖形為圓形，震蕩頻率1000赫茲，震蕩圓形的直徑為5.0mm。(3)熔池移動的速度為0.2mm/秒。熔池移動的軌跡為直線。電子束工作60秒后關(guān)閉。此時真空室的真空度達到6.lX10_5Pa。(4)在15秒內(nèi)完成鈮工件可以啟動焊接的準備，啟動電子束開始焊接鈮工件。鈮工件樣片在焊接前后，測得RRR分別是363和358。鈮工件的RRR值僅下降了
1.38%，遠低于在氣壓大于8 X 10_3Pa焊接時鈮工件RRR的下降大于10%的數(shù)值，應(yīng)用該方法可獲得更好的鈮材純度。實施例2:(I)取純度99.95%的鉭板B作為犧牲金屬，鉭板尺寸為150_X 650_X 25_。鉭板采用氫氟酸、硝酸、硫酸的混合酸(體積比為2:2:5)，酸洗4分鐘。然后用大于10ΜΩ -cm的純水沖洗30分鐘后，在百級超凈間中晾干，晾干時間2小時。(2)將鉭板B和鈮工件一起放入電子束焊機的真空室中抽空。真空度達到3.6X 10_3Pa時，以15Kw的功率啟動電子束，下焦點，電子束的震蕩圖形為圓形，震蕩頻率1000赫茲，震蕩圓形的直徑為4.5mm。(3)熔池移動的速度為50mm/秒。熔池移動的軌跡為往返的直線，每次換向時，橫向偏離10mm。電子束工作10秒后關(guān)閉。此時真空室的真空度達到4.7X 10_5Pa。(4)在15秒內(nèi)完成鈮工件可以啟動焊接的準備，啟動電子束開始焊接鈮工件。鈮工件樣片在焊接前后的RRR分別是320和309。鈮工件的RRR值僅下降了 3.4%，遠低于在氣壓大于8X 10_3Pa焊接時鈮工件RRR的下降大于10%的數(shù)值，應(yīng)用該方法可獲得更好的鈮材純度。實施例3:(I)取純度99.95%的鈦板(:作為犧牲金屬，鈦板尺寸為20011111^58011111^30111111。鈦板采用氫氟酸、硝酸的混合酸(摩爾比為1:5)，酸洗2分鐘。然后用大于10ΜΩ._的純水沖洗30分鐘后，在百級超凈間中晾干，晾干時間2小時。(2)將鈦板C和鈮工件一起放入電子束焊機的真空室中抽空。真空度達到
5.3X 10 時，以1.3Kw的功率啟動電子束，上焦點，電子束的震蕩圖形為圓形，震蕩頻率1000赫茲，震蕩圓形的直徑為2.5mm。(3)熔池移動的速度為25mm/秒。熔池移動的軌跡為往返的直線，每次換向時，橫向偏離10mm。電子束工作30秒后關(guān)閉。此時真空室的真空度達到7.9X 10_5Pa。(4)在15秒內(nèi)完成鈮工件可以啟動焊接的準備，啟動電子束開始焊接鈮工件。經(jīng)測量，鈮工件樣片在焊接前后的RRR分別是387和370。鈮工件的RRR值僅下降了 4.4%，遠低于在氣壓大于8X 10_3Pa焊接時鈮工件RRR的下降大于10%的數(shù)值，應(yīng)用該方法可獲得更好的鈮材純度。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將鈮工件和犧牲金屬放入焊接真空室； (2)對焊接真空室抽真空，使其達到所需真空； (3)用真空電子束焊機的電子束，轟擊犧牲金屬，使被加熱的犧牲金屬表面的電子束斑區(qū)域形成熔池； (4)在10分鐘內(nèi)盡量短的時間內(nèi)，啟動電子束對鈮工件進行電子束焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述步驟(3)中電子束焊機的功率為0.l-30kw,電子束焦點可采用上焦點、下焦點或聚焦在犧牲金屬表面上，束斑可采用振蕩或不振蕩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述步驟(3)中犧牲金屬表面形成熔池后，使熔池移動，熔池移動的速度在0.1mm/min-50mm/mino
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，電子束轟擊犧牲金屬及保持熔池的時間為0.1-30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述步驟(I)中的犧牲金屬在放入真空室前進行酸洗、高純水沖洗及干燥，以保持表面清潔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述步驟(2)中抽真空 后真空室的氣壓為彡SXlO-2Pa0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，其特征在于，所述犧牲金屬為純度大于99%的銀、鉭、鈦、錯、鉿、銀中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種真空電子束焊接鈮材時獲得超高真空的方法，包括將鈮工件和犧牲金屬放入焊接真空室；通過真空電子束焊機的真空系統(tǒng)對焊接真空室抽真空，使其達到極限真空；用真空電子束焊機的電子束，轟擊犧牲金屬，使被加熱的犧牲金屬表面的電子束斑區(qū)域形成熔池；在10分鐘內(nèi)盡量短的時間內(nèi)，啟動電子束對鈮工件進行電子束焊接；采用本發(fā)明，為鈮材的焊接提供一個更高的真空環(huán)境，從而使鈮材的焊接可以更充分的避免氧、氮等雜質(zhì)氣體的污染，從而獲得更好的鈮材焊接純度。
文檔編號B23K103/08GK103143830SQ20131010154
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者趙紅運, 陳林, 黃俊峰, 陳明倫, 張寧峰, 范青, 張良玉 申請人:寧夏東方超導(dǎo)科技有限公司