一種奧氏體不銹鋼管與鈮管的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼管與鈮管的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鈮屬于難熔金屬，熔點高于2000°C，有較高的密度、良好的高溫強(qiáng)度以及較高的抗腐蝕性能，常被用于航空、航天、核能、電子及化工等重要領(lǐng)域。奧氏體不銹鋼主要成分為鐵，鉻、鎳含量均較高，熔點高于1000°C，具有優(yōu)良的抗氧化性能和耐腐蝕性能，同時具有優(yōu)良的塑韌性和冷熱加工性能，廣泛應(yīng)用于建筑、食品工業(yè)、核能等工業(yè)領(lǐng)域。由于兩種金屬在化學(xué)和物理性質(zhì)上具有較大的差異，實現(xiàn)兩者之間的焊接連接具有較大難度:1)難熔金屬與不銹鋼熔點相差很大；2)難熔金屬與鐵在室溫下的相互溶解度都很小，主要形成金屬間化合物，該類化合物低溫脆性嚴(yán)重影響著焊接接頭的質(zhì)量。金屬焊接常用的焊接方法包括熔化焊(各種電弧焊、電子束焊機(jī)激光焊等)、釬焊和壓焊等，各種焊接方法對異種金屬焊接的適應(yīng)性是不同的。
[0003]I)鎢極惰性氣體保護(hù)焊接方法操作較簡單，但電弧能量較發(fā)散，且由于焊接時容易混入大氣中的各種氣體雜質(zhì)，而金屬鈮又對雜質(zhì)十分敏感，所以不宜采用。
[0004]2)釬焊是一種對異種金屬適應(yīng)性很強(qiáng)的連接方法，焊接溫度低于兩種母材熔點，填充釬料熔化潤濕母材并形成焊接接頭，規(guī)避了異種金屬母材冶金相容性較差的問題。采用該種焊接方式，需要選擇合適釬料成分，控制釬焊溫度和時間，才能獲得質(zhì)量較高的接頭，焊接工藝較復(fù)雜；此外釬焊過程中，升、降溫速率緩慢，導(dǎo)致焊接時間較長，焊接效率低。
[0005]此外，不銹鋼與難熔金屬的焊接方法還包括擴(kuò)散焊、摩擦焊和爆炸焊等，如鉭與不銹鋼的爆炸焊、鈮與不銹鋼的摩擦焊。但在不銹鋼與難熔金屬直接擴(kuò)散焊時，難免在接頭中形成一些金屬間化合物。而爆炸焊過程中需要使用到炸藥，操作難度較高，同時焊接時存在一定危險性。因此，目前需要一種鈮管和奧氏體不銹鋼管焊接的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](—)發(fā)明目的
[0007]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠避免焊接缺陷及焊接接頭脆化，焊接效率高且焊接參數(shù)易于調(diào)節(jié)的奧氏體不銹鋼管與鈮管的焊接方法。(二)技術(shù)方案
[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種奧氏體不銹鋼管與鈮管的焊接方法，該方法包括以下步驟:
[0010]I)焊接接頭的設(shè)計
[0011]將管狀結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼工件和管狀結(jié)構(gòu)的鈮工件作為奧氏體不銹鋼管與鈮管的待焊接接頭，其中奧氏體不銹鋼工件包括一體化的、外徑相同的第一奧氏體不銹鋼工件和第二奧氏體不銹鋼工件，第一奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑大于第二奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑，并且第一奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑與鈮工件的外徑一致，第一奧氏體不銹鋼工件的長度與鈮工件的長度一致，第一奧氏體不銹鋼工件的壁厚為鈮工件壁厚的5?10倍；
[0012]2)焊接前預(yù)處理
[0013](I)將待焊接的鈮工件和奧氏體不銹鋼工件放入超聲波清洗槽中清洗；
[0014](2)將清洗好的鈮工件和奧氏體不銹鋼工件烘干；
[0015](3)組裝工件:將鈮工件置于第一奧氏體不銹鋼工件內(nèi)；鈮工件和第一奧氏體不銹鋼工件的接觸處為焊縫；組裝前用酒精擦拭焊縫部位，并烘干；
[0016]3)焊接
[0017](4)啟動電子束焊機(jī)，預(yù)熱30分鐘；
[0018](5)打開電子束焊機(jī)的真空焊接室，將步驟(3)組裝好的工件放入真空焊接室卡具內(nèi)，調(diào)節(jié)奧氏體不銹鋼工件和鈮工件同軸，使工件同軸度最大偏差< 0.02毫米；
[0019](6)關(guān)閉真空焊接室，抽真空至其真空度好于LSXlO2Pa;
[0020](7)調(diào)整電子束焊機(jī)的加速電壓為60kV ;啟動束流開關(guān)，調(diào)整束流強(qiáng)度至I?1.5mA ;調(diào)節(jié)束流聚焦斑點位置，使束流聚焦斑點中心至焊縫位置并向奧氏體不銹鋼工件一側(cè)偏移，偏移量為0.5?0.7mm ;
[0021](8)調(diào)節(jié)電子束焊機(jī)的聚焦電流至0.60?0.62mA，此時束流聚焦斑點在焊縫表面聚焦；轉(zhuǎn)動焊臺，將聚焦電流散焦至0.70?0.75mA，并調(diào)整束流聚焦斑點為上聚焦；調(diào)整束流強(qiáng)度為3?4mA，對焊縫進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時間20?25s ；
[0022](9)調(diào)節(jié)束流強(qiáng)度至18?20mA，啟動焊接開關(guān)，焊接10?14s ；
[0023](10)焊接結(jié)束，真空下冷卻后取出。
[0024]優(yōu)選地，步驟(2)?(3)所述烘干是在烘箱內(nèi)，烘干溫度為100±5°C，烘干時間為6小時。
[0025]優(yōu)選地，步驟(3)中組裝鈮工件和奧氏體不銹鋼工件時要避免污染焊接接頭。
[0026]優(yōu)選地，步驟(8)中焊臺轉(zhuǎn)速為5?7s/r。
[0027]優(yōu)選地，步驟⑶?(9)中束流上升、衰減時間為3?5s。
[0028]優(yōu)選地，步驟(9)中調(diào)整聚焦束流為19mA，且焊接時間為12s。
[0029]優(yōu)選地，步驟(I O)中冷卻時間為5?1分鐘。
[0030](三)有益效果
[0031]采用本發(fā)明提供的焊接方法對奧氏體不銹鋼管和鈮管進(jìn)行焊接，具有以下有益效果:
[0032]I)利用申請人設(shè)計的管狀結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼工件和管狀結(jié)構(gòu)的鈮工件作為奧氏體不銹鋼管與鈮管的待焊接接頭，并且將鈮工件放入奧氏體不銹鋼工件內(nèi)，該焊接接頭的設(shè)計使得焊接過程中尤其是焊臺轉(zhuǎn)動過程中整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，利于高效的焊接。
[0033]2)本申請通過調(diào)節(jié)束流聚焦斑點位置，使束流聚焦斑點中心至焊縫位置并向奧氏體不銹鋼工件一側(cè)偏移，偏移量為0.5?0.7mm，避免了高熔點鈮工件與低熔點奧氏體不銹鋼工件一起形成大量的金屬間化合物而使焊接接頭脆化，同時利用強(qiáng)度為18?20mA的束流對焊縫處焊接10?14s，電子束能量較為集中，加熱速度快確保了奧氏體不銹鋼工件中合金元素?zé)龘p少，焊縫熱影響區(qū)小。
[0034]3)本方法在焊接之前將聚焦電流散焦至0.70?0.75mA，采用3?4mA的束流強(qiáng)度對焊縫進(jìn)行了 20?25s的預(yù)熱，一方面可以有效防止焊縫表面過熱在空氣中氧化；另一方面利用散焦小束流預(yù)熱焊縫可以使焊縫的深寬比加大，同時還可以除去焊縫處殘存的氣體和雜質(zhì)。
【附圖說明】
[0035]圖1是奧氏體不銹鋼工件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]其中I是第一奧氏體不銹鋼工件，2是第二奧氏體不銹鋼工件；
[0037]圖2是鈮工件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是奧氏體不銹鋼工件和鈮工件組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]其中3是焊縫，4是鈮工件。
【具體實施方式】
[0040]下面將結(jié)合【具體實施方式】和說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0041]實施例1
[0042]—種奧氏體不銹鋼管與鈮管的焊接方法，該方法包括以下步驟:
[0043]I)焊接接頭的設(shè)計
[0044]將管狀結(jié)構(gòu)的奧氏體不銹鋼工件和管狀結(jié)構(gòu)的鈮工件作為奧氏體不銹鋼管與鈮管的待焊接接頭，如圖1和圖2所示。其中奧氏體不銹鋼工件包括一體化的、外徑相同的第一奧氏體不銹鋼工件和第二奧氏體不銹鋼工件，第一奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑大于第二奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑，并且第一奧氏體不銹鋼工件的內(nèi)徑與鈮工件的外徑一致，第一奧氏體不銹鋼工件的長度與鈮工件的長度一致均為7_，第一奧氏體不銹鋼工件的壁厚為5mm，