本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種難熔合金真空電子束焊接方法，尤其是Nb521鈮合金真空電子束焊接方法。

背景技術(shù)：

如今，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，要求不斷提高艙段材料的耐熱性。Nb521鈮合金使用溫度高(≥1400℃)，具有良好的高溫力學(xué)性能，能滿足特殊艙段的使用要求。但由于鈮合金的熔點(diǎn)高(2460℃)，屬于難熔金屬，焊接性能比純鈮差，在高溫下易氧化和氮化，出現(xiàn)焊接裂紋以及焊縫金屬和熱影響區(qū)脆化。另外由于鈮在高溫下非常活潑，對(duì)雜質(zhì)的侵入比較敏感，從300℃開始就強(qiáng)烈地與空氣中的氫、氧、氮發(fā)生反應(yīng)生成脆性化合物，使金屬?gòu)?qiáng)度提高而塑性下降，這就要求在焊接過(guò)程中必須采取嚴(yán)格的保護(hù)措施，防止雜質(zhì)的污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種難熔合金真空電子束焊接方法，解決難熔合金的焊接缺陷的問(wèn)題；還解決了鈮合金易被雜質(zhì)污染的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種難熔合金真空電子束焊接方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、焊接面處理：將待焊接試件焊接面均進(jìn)行加工，表面粗糙度Ra最大允許值為3.2μm；

步驟二、焊前準(zhǔn)備：將待焊接件進(jìn)行酸洗、機(jī)械打磨、并使用丙酮或者無(wú)水乙醇擦拭干凈；

步驟三、裝配：使用焊接夾具、工裝裝配待焊接試件，兩焊接試件焊接面間隙不大于0.15mm，錯(cuò)邊不大于0.15mm，局部任意100mm內(nèi)累計(jì)長(zhǎng)度不大于20mm，范圍內(nèi)間隙和錯(cuò)邊不大于0.2mm；

步驟四、進(jìn)行電子束焊接；

步驟五、進(jìn)行焊后質(zhì)量檢查。

有益效果：本發(fā)明利用電子束真空焊接環(huán)境、穿透能力強(qiáng)、能量集中、熱輸入小等特點(diǎn)，可以對(duì)12mm厚的Nb521鈮合金實(shí)施焊接，焊接性能穩(wěn)定。焊接后焊縫成形良好，焊縫表面無(wú)裂紋、氣孔、凹陷、咬邊、焊瘤等缺陷，焊接內(nèi)部質(zhì)量、常溫力學(xué)性能均能達(dá)到國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1718A-2005《電子束焊接》Ⅰ級(jí)要求，高溫性能良好。真空電子束能量集中、密度高、熔深大、熱輸入小等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)難熔合金Nb521的焊接，焊接質(zhì)量達(dá)到國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1718A-2005《電子束焊接》Ⅰ級(jí)要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明焊接試件焊縫示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明難熔合金采用Nb521鈮合金作為實(shí)施例，Nb521鈮合金試件規(guī)格為200mm×60mm×12mm，本發(fā)明一種難熔合金真空電子束焊接方法包括以下步驟：

第一步：焊接面處理：采用機(jī)械加工方法，將待焊接的試樣焊接面均進(jìn)行加工，保證其表面粗糙度Ra最大允許值為3.2μm，且對(duì)接面平整、光潔、無(wú)毛刺，并保持棱角；

第二步：焊前準(zhǔn)備：將待焊接試件進(jìn)行酸洗，酸洗后用清水沖洗干凈，然后在90℃～110℃下烘干30min～40min。酸洗后待試件焊接前12h以內(nèi)采用不銹鋼絲刷將待焊部位及試件上下表面距離對(duì)焊面15mm范圍進(jìn)行打磨，使其露出金屬光澤，且不破壞對(duì)接尖角。最后采用丙酮或者無(wú)水乙醇擦拭干凈，去除零件表面油污、非金屬雜質(zhì)等；

第三步：裝配：使用焊接夾具、工裝裝配待焊接試件，保證待焊接試件的焊接面對(duì)齊、夾緊并固定，兩焊接試件焊接面間隙不大于0.15mm，錯(cuò)邊不大于0.15mm，局部任意100mm內(nèi)累計(jì)長(zhǎng)度不大于20mm范圍內(nèi)間隙和錯(cuò)邊不大于0.2mm；

第四步：電子束焊接方案

1)將焊接夾具、工裝放置在所述焊機(jī)的焊接平臺(tái)上并固定，當(dāng)電子束槍真空度優(yōu)于1×10^-5mbar，真空室真空度優(yōu)于7×10^-4mbar后開始焊接。

2)定位焊：真空度滿足要求后，先采用小電流找出焊接軌跡，即保證電子束斑點(diǎn)位于焊縫中間位置。然后對(duì)待焊接試樣進(jìn)行定位焊，定位焊長(zhǎng)度約10mm～25mm，間距30mm～40mm。

定位焊工藝參數(shù)：

加速電壓：U_b＝140kV

聚焦電流：Ic＝1505mA-1515mA

電子束流：Ib＝4mA-5mA

焊接速度：V＝8mm/s

偏擺：X＝1.5mm-2.0mm；Y＝0mm

3)正式焊：定位焊后對(duì)焊縫進(jìn)行正式焊接，正式焊接時(shí)起弧、熄弧距離均為5mm-10mm，正式焊接時(shí)采用圓形波且采用下聚焦的方式進(jìn)行焊接。

正式焊工藝參數(shù)：

加速電壓：U_b＝140kV

聚焦電流：Ic＝1505mA-1515mA

電子束流：Ib＝80mA-85mA

焊接速度：V＝8mm/s-10mm/s

偏擺：X＝0.3mm-0.5mm；Y＝0.3mm-0.5mm

掃描頻率f＝50Hz

4)修飾焊：對(duì)焊縫進(jìn)行修飾焊。修飾焊起弧、熄弧距離均與正式焊一致，修飾焊接時(shí)采用圓形波且采用上聚焦的方式進(jìn)行焊接。

修飾焊工藝參數(shù)：

加速電壓：U_b＝140kV

聚焦電流：Ic＝1715mA-1725mA

電子束流：Ib＝20mA-30mA

焊接速度：V＝8mm/s-10mm/s

偏擺：X＝0.3mm-0.5mm；Y＝0.3mm-0.5mm

掃描頻率f＝20Hz

5)焊后將試樣在電子束真空艙內(nèi)冷卻15min～20min后再打開真空艙門，待試樣完全冷卻后松開夾具取出試件。

第五步：焊后質(zhì)量檢查

1)焊后采用目視或借助于10倍以下放大鏡對(duì)電子束焊縫進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，保證焊縫表面無(wú)裂紋、未熔合、氣孔、咬邊、凹陷等缺陷；

2)焊后采用X射線對(duì)電子束焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，焊縫質(zhì)量滿足GJB1718A-2005中I級(jí)焊縫要求；

3)對(duì)電子束焊縫制取常溫拉伸試樣，進(jìn)行接頭常溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試，焊縫常溫拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均達(dá)到母材的95％以上，延伸率達(dá)到母材的86％。

4)對(duì)電子束焊縫制取高溫拉伸試樣，進(jìn)行接頭高溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試，Nb521鈮合金隨著溫度的升高，電子束焊縫拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，電子束焊縫在600℃～1000℃之間拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度變化較為平緩，1000℃～1800℃之間同梯度降低；電子束焊縫延伸率先呈增加趨勢(shì)，在1800℃時(shí)延伸率降低至最?。籒b521鈮合金電子束焊縫在1600℃之前為韌性斷裂，在1800℃時(shí)為脆性斷裂。因此，該材料使用環(huán)境應(yīng)低于1600℃。