專利名稱：一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及特種材料熔化焊技術領域，具體地說是一種可以廣泛適用于航空航天、原子能、電子、現(xiàn)代武器裝備、超導技術及醫(yī)療器械等技術領域的薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法。
背景技術：
鈮及鈮合金具有熔點高、耐腐蝕和良好的高溫強度等優(yōu)點，是重要的高溫結構材料，可用于火箭發(fā)動機、天-地往返飛船關鍵部件的制造。同時鈮熱中子俘獲截面小，也可用于核反應堆建造。此外，由于高純鈮具有良好的超導性和熱傳導性，是制造射頻超導加速器超導諧振腔腔體的唯一材料。以上領域的特殊性，對結構制造精度和表面質量要求及其苛刻。電子束作為一種精密焊接方法，可以保證焊縫金屬的純度，盡可能小的焊接變形，是鈮合金焊接的首選熔化焊方法。對于一些復雜或特殊結構件，要求焊接作為最后一道工序，焊接完成后不允許進行任何冷熱加工。但實際薄壁鈮材料進行焊接時，由于焊接應力的作用，常常造成構件局部或整體的失穩(wěn)變形，導致薄壁鈮材料表面出現(xiàn)正面凹陷，背面下榻及飛濺的焊接缺陷，破壞了構件的幾何型面，影響了產品的裝配和使用質量。因此能夠獲得幾凈性焊縫的電子束焊接方法對于鈮材料構件在上述領域中的應用具有極大的推動意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種方法簡單、操作方便、通過控制液態(tài)熔池流動，防止薄壁鈮材料焊接時正面凹陷，背面下榻及飛濺的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、點固焊接和上坡焊接三大步驟，將加工后待焊接薄壁鈮材料構件置于酸洗液中進行酸洗，酸洗后置入清潔的干燥柜中干燥，干燥后用夾具固定，置于真空室內進行點固焊接，點固焊時采用表面聚焦，焦點位于構件上表面之上方，采用散焦電子束低焊速進行焊接，電子束向前平移時以一定的電子束掃描波形進行掃描，電子束流與焊縫豎直方向法線成一交角，并向環(huán)縫旋轉方向傾斜作上坡焊。本發(fā)明所述的薄壁銀材料構件的壁厚d=0.5-3.5 mm。本發(fā)明所述真空室內的真空度達到2X10_4mbar時進行點固焊接，點固焊接的點固束流/b=l-2 mA，點固位置間隔i=3-15mm，電子束流垂直作用于對接焊縫，正式焊接時采用加速電壓30-55kV,焦點位于構件上表面之上i/f=3-10mm,焊接線速度r=300-500mm/min,電子束流/b=3-12mA,電子束掃描頻率/=50-1000HZ,掃描幅值Vx=Vy=2_5mm,電子束流與環(huán)縫豎直方向法線成α=3-10°交角，以利于對正反面成形要求嚴格的薄壁鈮材料構件進行焊接，避免焊接時產生飛濺。
本發(fā)明所述的酸洗液為40°C的混合酸溶液，混合酸溶液是由工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合配制而成，氫氟酸、硝酸和硫酸混合按體積比為2:2-3:7-8。本發(fā)明所述鈮材料可以是高純鈮材料，也可以是鈮合金材料。本發(fā)明所述電子束掃描波形可以為方波，也可以為圓形波，還可以為三角波。本發(fā)明由于采用上述方法，解決了薄壁鈮材料焊接時正面凹陷，背面下榻及飛濺的實質性缺陷，使焊接后的構件表面光亮，焊縫正面凹陷量小于0.12mm，背面下榻量小于
0.10mm，正反面均無飛濺，具有方法簡單、操作方便、工件加工精度高等優(yōu)點。本發(fā)明適用于對正反面成形要求嚴格的薄壁鈮材料構件的焊接。


圖1是本發(fā)明點固焊接示意圖。圖2是本發(fā)明上坡焊接示意圖。圖3是本發(fā)明純鈮腔體環(huán)縫電子束拼焊示意圖。
具體實施方式
:
下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明:
如附圖1、2、3所示，一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、點固焊接和上坡焊接三大步驟，將加工后待焊接薄壁鈮材料構件置于酸洗液中進行浸洗至少5min，隨后在高速水流中沖洗至少2min后置入清潔的干燥柜中干燥，干燥后用夾具固定，置于真空室內，待真空度達到2X10_4mbar時即可進行點固焊接，點固焊時采用表面聚焦，點固束流/b=l_2 mA，點固位置間隔i=3-15mm，電子束流I垂直作用于對接環(huán)縫2，正式焊接時采用加速電壓30-55kV，焦點位于構件上表面之上t/f=3-10mm,焊接線速度F300-500mm/min,電子束流/b=3_12mA,電子束掃描頻率/=50-1000HZ,掃描幅值Vx=Vy=2-5mm,電子束流I與環(huán)縫2豎直方向法線成α =3-10°交角，并向旋轉方向反向傾斜作上坡焊，焊接完成后在真空室中冷卻5min以上，打開真空室，取出焊接構件，解決了薄壁鈮材料焊接時正面凹陷，背面下榻及飛濺的實質性缺陷，使焊接后的構件表面光亮，焊縫正面凹陷量小于0.12mm,背面下榻量小于0.1Omm,正反面均無飛濺。本發(fā)明所述的薄壁銀材料構件的壁厚d=0.5-3.5 mm。本發(fā)明所述的酸洗液為40°C的混合酸溶液，混合酸溶液是由工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合配制而成，氫氟酸、硝酸和硫酸混合按體積比為2:2-3:7-8。本發(fā)明所述鈮材料可以是高純鈮材料，也可以是鈮合金材料。本發(fā)明所述電子束掃描波形可以為方波，也可以為圓形波，還可以為三角波。實施例1，如附圖2所示，對壁厚2.5 mm的高純鈮腔體環(huán)縫進行了電子束對接拼焊，焊前對高純鈮或鈮合金構件3進行酸洗，酸洗液為混合酸溶液，混合酸溶液中的工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合按體積比為2:2.5:7.5，在40°C酸洗液中浸洗5min，隨后在高速水流中沖洗2min，在清潔干燥柜中干燥后進行焊接，點固焊時采用表面聚焦，點固束流I mA，點固位置間隔3 mm，正式焊接時采用加速電壓40 kV，焦點位于構件上表面之上3mm，焊接線速度400mm/min，電子束流為6mA，電子束掃描頻率300HZ，掃描幅值3mm，掃描波形為圓形波，電子束流與環(huán)縫豎直方向法線交角5°，接完成后在真空室中冷卻8min，打開真空室，取出焊接構件。構件表面光亮，焊縫正面凹陷量0.1mm，背面下榻量0.08mm，正反面均無飛濺，滿足精度要求。實施例2:對壁厚3.5 mm的高純鈮腔體環(huán)縫進行了電子束對接拼焊，焊前對高純鈮或鈮合金構件3進行酸洗，酸洗液為混合酸溶液，混合酸溶液中的工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合按體積比為2:3:7，在401:酸洗液中浸洗8min，隨后在高速水流中沖洗4min，在清潔干燥柜中干燥后進行焊接，點固焊時采用表面聚焦，點固束流為2 mA，點固位置間隔5mm，正式焊接時采用加速電壓55 kV，焦點位于構件上表面之上6mm，焊接線速度300mm/min,電子束流12mA，電子束掃描頻率1000HZ，掃描幅值5mm，掃描波形為方波，電子束流與環(huán)縫豎直方向法線交角10°，接完成后在真空室中冷卻lOmin，打開真空室，取出焊接構件。構件表面光亮，焊縫正面凹陷量0.08mm,背面下榻量0.06mm,正反面均無飛濺，滿足精度要求。實施例3:對壁厚0.5 mm的高純鈮腔體環(huán)縫進行了電子束對接拼焊，焊前對高純鈮或鈮合金構件3進行酸洗，酸洗液為混合酸溶液，混合酸溶液中的工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合按體積比為2:2:8，在401:酸洗液中浸洗6min，隨后在高速水流中沖洗3min，在清潔干燥柜中干燥后進行焊接，點固焊時采用表面聚焦，點固束流為2 mA，點固位置間隔15mm，正式焊接時采用加速電壓50 kV，焦點位于構件上表面之上10mm，焊接線速度500mm/min,電子束流10mA，電子束掃描頻率50HZ，掃描幅值2mm，掃描波形為三角波，電子束流與環(huán)縫豎直方向法線交角8°，接完成后在真空室中冷卻5min，打開真空室，取出焊接構件。構件表面光亮，焊縫正面凹陷量0.06mm，背面下榻量0.04mm,正反面均無飛濺，滿足精度要求。本發(fā)明由于采用上述方法，解決了薄壁鈮材料焊接時正面凹陷，背面下榻及飛濺的實質性缺陷，使焊接后的構件表面光亮，焊縫正面凹陷量小于0.12mm，背面下榻量小于
0.10mm，正反面均無飛濺，具有方法簡單、操作方便、工件加工精度高等優(yōu)點。本發(fā)明適用于對正反面成形要求嚴格的薄壁鈮材料構件的焊接。
權利要求
1.一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、點固焊接和上坡焊接三大步驟，將加工后待焊接薄壁鈮材料構件置于酸洗液中進行酸洗，酸洗后置入清潔的干燥柜中干燥，干燥后用夾具固定，置于真空室內進行點固焊接，點固焊時采用表面聚焦，焦點位于構件上表面之上方，采用散焦電子束低焊速進行焊接，電子束向前平移時以一定的電子束掃描波形進行掃描，電子束流與焊縫豎直方向法線成一交角，并向環(huán)縫旋轉方向傾斜作上坡焊接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于本發(fā)明所述的薄壁銀材料構件的壁厚d=0.5-3.5 mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于所述真空室內的真空度達到2X10_4mbar時進行點固焊接，點固焊接的點固束流Jb=l-2 mA,點固位置間隔i=3-15mm,電子束流垂直作用于對接焊縫,正式焊接時采用加速電壓30-55 kV,焦點位于構件上表面之上i/f=3-10mm,焊接線速度r=300-500mm/min,電子束流/b=3-12mA,電子束掃描頻率/=50-1000HZ,掃描幅值Vx=Vy=2_5mm,電子束流與環(huán)縫豎直方向法線成α=3-10°交角。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于所述的酸洗液為40°C的混合酸溶液，混合酸溶液是由工業(yè)氫氟酸、工業(yè)硝酸和工業(yè)硫酸混合配制而成，氫氟酸、硝酸和硫酸混合按體積比為2:2-3:7-8。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于所述鈮材料是高純鈮材料或者是鈮合金材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于所述電子束掃描波形為方波，或者為圓形波，或者為三角波。
全文摘要
本發(fā)明涉及特種材料熔化焊技術領域，具體地說是一種薄壁鈮材料構件環(huán)縫的幾凈形電子束焊接方法，其特征在于包括焊前酸洗，真空干燥、點固焊接和上坡焊接，將加工后待焊接薄壁鈮材料構件置于酸洗液中進行酸洗，酸洗后置入清潔的干燥柜中干燥，干燥后用夾具固定，置于真空室內，點固焊時采用表面聚焦，電子束流垂直作用于對接焊縫，正式焊接時采用低加速電壓，上散焦電子束流，低速焊接，輔之于大幅值電子束掃描，焊接時電子束流與焊縫法線成一交角，焊接完成后在真空室中冷卻后打開真空室，取出焊接構件，本發(fā)明由于采用上述方法，具有方法簡單、操作方便、工件加工精度高等優(yōu)點，本發(fā)明適用于對正反面成形要求嚴格的薄壁鈮材料構件的焊接。
文檔編號B23K15/04GK103170722SQ201310124840
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者馮吉才, 王廷, 張秉剛, 何俊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(威海)