本發(fā)明屬于焊接工藝技術領域，涉及一種采用真空電子束焊焊接異種難熔材料鉬合金與鎢合金工藝方法。

背景技術：

難熔材料鉬合金或鎢合金的焊接主要采用鎢極氬弧焊、激光焊、真空電子束焊、擴散焊等方法，主要針對同種難熔合金進行焊接。

異種難熔材料鉬合金和鎢合金由于具有以下問題而很難較好的進行焊接：

①鉬合金及鎢合金的塑-脆轉變溫度經(jīng)常高于環(huán)境的溫度；

②鉬合金及鎢合金起始再結晶溫度在1000℃以上，而鉬合金熔點在2600℃左右，鎢合金熔點在3400℃左右，熔焊時焊點附近遠高于再結晶溫度，母材晶粒容易進行再結晶過程而長大；

③由于鎢合金的熔點很高，抬高了鉬合金焊接時的熔池的熔點，焊接時焊點區(qū)域因溫度達到3000℃左右，顯著增加了焊接難度，由此產(chǎn)生更大的熱應力，形成顯微缺陷，或微缺陷在熱應力的作用下進一步發(fā)展；

④影響焊縫質(zhì)量的因素較多，包括母材的晶粒大小、雜質(zhì)元素的含量和焊接工藝參數(shù)等，這些因素的微小變化，很大程度上會對焊縫質(zhì)量和一致性造成影響。

綜上所述，在異種難熔材料焊接時，尤其鉬合金與鎢合金熔焊焊接時兩者熔點相差800℃，并且焊接過程中使焊區(qū)溫度急劇升高，隨后急劇冷卻，在幾毫秒的時間內(nèi)，熔融區(qū)的溫度從約3000℃的熔點降到室溫，促使冷熱交界區(qū)域內(nèi)熱應力增加，焊接易于出現(xiàn)氣孔和熱裂紋等缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種鉬合金與鎢合金電子束焊焊接方法，以解決焊接過程中焊縫處存在的裂紋和氣孔等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種鉬合金與鎢合金的電子束焊焊接方法，包括以下步驟：

步驟(1)：分別對鉬合金構件和鎢合金構件進行熱處理；

步驟(2)：將熱處理后的鉬合金構件和鎢合金構件進行裝配，裝配間隙不大于0.04mm；

步驟(3)：對裝配好的鉬合金構件和鎢合金構件進行電子束焊焊接，焊接時電子束流偏向所述鉬合金構件，且與所述鉬合金構件和鎢合金構件的表面對接線相距0.05-0.25mm；

步驟(4)：對焊接后的構件進行真空熱處理。

在一可選實施例中，步驟(3)中電子束焊焊接時，真空度為1x10^-5～1x10^-1pa，電子束流為8～20ma，電子束流在掃描時的偏轉角度為1～5°，掃描頻率為100～300hz，焊接速度為200～700mm/min，加速電壓為30～60kv，聚焦電流為400～1000ma。

在一可選實施例中，步驟(1)中對鉬合金構件進行熱處理，包括：

將鉬合金構件在真空度不大于1x10^-3pa、溫度為850～1250℃下保溫0.1～1h。

在一可選實施例中，步驟(1)中對鎢合金構件進行熱處理，包括：

將鎢合金構件在真空度不大于1x10^-3pa、溫度為1050～1550℃下保溫～1h。

在一可選實施例中，步驟(4)中對焊接后的構件進行熱處理，包括：

將焊接后的構件在真空度不大于1x10^-3pa、溫度為900～1200℃下保溫為0.1～1h。

在一可選實施例中，所述鉬合金構件和/或所述鎢合金構件的材料通過真空電弧熔煉制成。

在一可選實施例中，所述鉬合金構件設有安裝槽，所述鎢合金設有凸起，步驟(2)中通過將所述凸起插入所述安裝槽實現(xiàn)所述鉬合金構件和所述鎢合金構件的裝配。

在一可選實施例中，步驟(2)中裝配之前還包括：

將鉬合金構件和鎢合金構件放入王水中浸泡1-4min后取出，用有機溶劑清洗，然后用壓力不小于0.3mpa的氮氣吹干。

在一可選實施例中，步驟(2)中裝配之前還包括：

用砂紙打磨鉬合金構件和鎢合金構件的待焊接部位，去除表面氧化層，用有機溶劑清洗，然后用壓力不小于0.3mpa的氮氣吹干。

在一可選實施例中，步驟(3)中進行電子束焊焊接之前還包括：

將裝配好的鉬合金構件和鎢合金構件進行固定、找正，找正精度在0.05mm以內(nèi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點：

(1)本發(fā)明提供的焊接方法冷卻速度快，焊縫晶粒細小，第二相的尺寸較小，有利于改善焊縫性能，焊縫表面成型良好，焊縫內(nèi)部質(zhì)量較高、力學性能高，無氣孔和熱裂紋等缺陷，焊縫強度大于250mpa，密封性能高(在2mpa保壓5min，焊縫漏率小于1×10^-4pa·l/s)，焊縫寬度小(小于2mm)，可靠性高；

(2)本發(fā)明實施例提供的焊前真空熱處理方法能很好的降低焊前鉬合金與鎢合金材料應力以及氣體雜質(zhì)元素含量，焊后真空熱處理方法能在保證異種難熔材料焊縫強度的前提下，顯著降低焊接應力，保證焊縫力學性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供了一種鉬合金與鎢合金的電子束焊焊接方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的待焊接構件結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的電子束流作用位置示意圖；

圖4是實施例4中焊縫處顯微組織圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種鉬合金與鎢合金的電子束焊焊接方法，包括以下步驟：

步驟1：分別對鉬合金構件和鎢合金構件進行熱處理；

本發(fā)明實施例中，鉬合金構件在真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度不大于1x10^-3pa，隨爐升溫至溫度為850～1250℃，保溫0.1～1h，然后隨爐冷卻，在溫度低于100℃以下時出爐；鎢合金構件在真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度不大于1x10^-3pa，隨爐升溫至溫度為1050～1550℃，保溫0.1～1h，然后隨爐冷卻，在溫度低于100℃以下時出爐。

所述鉬合金構件和/或所述鎢合金構件的材料通過真空電弧熔煉制成，以保證材料的致密性。在其他實施例中，根據(jù)使用需要構件的合金材料還可以通過粉末燒結制備后鍛造等方法制成。

步驟2：將熱處理后的鉬合金構件和鎢合金構件進行裝配，裝配間隙不大于0.04mm；

具體地，本發(fā)明實施例中將鉬合金構件和鎢合金構件的待焊接部位對準定位，實現(xiàn)鉬合金構件和鎢合金構件的裝配。

本發(fā)明實施例中在裝配之前，合金材料經(jīng)過打磨或者進行酸洗去除表面氧化層，具體包括：

將鉬合金構件和鎢合金構件放入王水中浸泡1-4min后取出，用有機溶劑清洗，然后用壓力不小于0.3mpa的氮氣吹干，其中王水為硝酸和氫氟酸的酒精溶液，溶液中硝酸的體積含量為10％，氫氟酸的體積含量為3％；

或者，用砂紙打磨鉬合金構件和鎢合金構件的待焊接部位，去除表面氧化層，用有機溶劑清洗，然后用壓力不小于0.3mpa的氮氣吹干。

在本發(fā)明的一實施例中，鉬合金構件和鎢合金構件的裝配部位為鎖底結構，焊縫的根部要保證清根，尖端保持直角，無根部空腔。具體地，參見圖2，在一優(yōu)選實施例中鉬合金構件1設有安裝槽，鎢合金構件2設有凸起，通過將凸起插入安裝槽實現(xiàn)所述鉬合金構件和所述鎢合金構件的裝配。便于裝配對齊，鎖口較小時，焊后可避免留下未焊合的縫隙，同時鎢合金構件2作為托底，能很好支撐焊接時高溫熔池，避免焊穿。

步驟3：對裝配好的鉬合金構件和鎢合金構件進行電子束焊焊接，焊接時電子束流偏向所述鉬合金構件，且與所述鉬合金構件和鎢合金構件的表面對接線相距0.05-0.25mm；

參見圖3，本發(fā)明實施例中，鉬合金構件和鎢合金構件的表面對接線如圖3所示的從上表面向內(nèi)部延伸的垂直線，電子束流3位于該線左側的0.05-0.25mm。

通過偏移，可以避免金屬熔池溫度過熱，焊后熱應力較大和熱影響區(qū)再結晶晶粒長大。

具體地，電子束焊焊接時，真空度為1x10^-5～1x10^-1pa，電子束流為8～20ma，電子束流在掃描時偏移角度為1～5°，掃描頻率為100～300hz，焊接速度為200～700mm/min，加速電壓為30～60kv，聚焦電流為400～1000ma。

本發(fā)明實施例中，在焊接前，將裝配好的鉬合金構件和鎢合金構件通過焊接機床上的固定爪固定到焊接機床上，并通過打表等方法找正工件，確保找正工件的位置精度在0.05mm以內(nèi)。

進一步地，為了提高焊縫的美觀度，本發(fā)明實施例在焊接完成后還可以對焊接構件進行外觀修飾。

步驟4：對焊接后的構件進行真空熱處理。

本發(fā)明實施例中，焊接后的構件在真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度不大于1x10^-3pa，隨爐升溫至溫度為900～1200℃，保溫0.1～1h，然后隨爐冷卻，在溫度低于100℃以下時出爐。

本發(fā)明實施例提供的鉬合金與鎢合金的電子束焊焊接方法，通過進行焊前真空熱處理及焊后真空熱處理釋放焊接應力以及去除母材氣體雜質(zhì)；通過調(diào)整焊接參數(shù)保證焊接過程中的焊接質(zhì)量；通過選擇待焊接構件的材料保證材料的致密性，提高待焊接材料間的裝配精度，進一步提高焊接質(zhì)量。

本發(fā)明實施例提供的鉬合金與鎢合金的電子束焊焊接方法，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的焊接方法冷卻速度快，焊縫晶粒細小，第二相的尺寸較小，有利于改善焊縫性能，焊縫表面成型良好，焊縫內(nèi)部質(zhì)量較高、力學性能高，無氣孔和熱裂紋等缺陷，焊縫強度大于250mpa，密封性能高(在2mpa保壓5min，焊縫漏率小于1×10^-4pa·l/s)，焊縫寬度小(小于2mm)，可靠性高；

(2)本發(fā)明實施例提供的焊前真空熱處理方法能很好的降低焊前鉬合金與鎢合金材料應力以及氣體雜質(zhì)元素含量，焊后真空熱處理方法能在保證異種難熔材料焊縫強度的前提下，顯著降低焊接應力，保證焊縫力學性能。

以下為本發(fā)明的幾個具體實施例：

實施例1

待焊接構件如圖2所示，鉬合金構件1為空心圓柱形結構，且右側端面設有安裝槽，安裝槽在加工時進行了清根處理，槽底拐角為直角；鎢合金構件2為空心圓柱結構，且左側端面設有與安裝槽匹配的凸起。鉬合金構件1為tzm合金，通過粉末冶金鍛造方法制得，鎢合金構件2為wre25合金，通過真空電弧熔煉方法制得。

對鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，包括以下步驟：

步驟(1)：將鉬合金構件1和鎢合金構件2放入王水中浸泡1min后取出，用有酒精清洗，然后用壓力為0.4mpa的氮氣吹干；

步驟(2)：將鉬合金構件1放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為1x10^-3pa，升溫至溫度為850℃，保溫1h，然后冷卻至溫度為80℃，取出鉬合金構件1；將鎢合金構件2放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為2x10^-4pa，升溫至溫度為1050℃，保溫1h，然后冷卻至90℃，取出鎢合金構件2；

步驟(3)：將熱處理后的鎢合金構件2的凸起插入鉬合金構件1的安裝槽內(nèi)，裝配間隙為0.01mm；

步驟(4):將裝配好的鉬合金構件1和鎢合金構件2固定到焊接機床上并進行找正，找正精度不超過0.05mm，進行電子束焊焊接，焊接時,真空度為1x10^-1pa，電子束流為8a，電子束流偏轉角度1°，掃描頻率為100hz，焊接速度為200mm/min，加速電壓為30kv，聚焦電流為1000ma，電子束流3偏向鉬合金構件1，且與鉬合金構件1和鎢合金構件2的表面對接線相距0.05mm；焊后進行外觀修飾；

步驟(5)：將步驟(4)得到的焊接后的構件放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為2x10^-4pa，升溫至溫度為900℃，保溫1h，然后冷卻至70℃，取出焊接構件。

實施例2

待焊接構件如圖2所示，鉬合金構件1為空心圓柱形結構，且右側端面設有安裝槽，安裝槽在加工時進行了清根處理，槽底拐角為直角；鎢合金構件2為空心圓柱結構，且左側端面設有與安裝槽匹配的凸起。鉬合金構件1為tzc合金，通過粉末冶金制備后鍛造方法制得，鎢合金構件2為wre3合金，通過粉末冶金制備后鍛造方法制得。

對鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，包括以下步驟：

步驟(1)：將鉬合金構件1和鎢合金構件放入王水中浸泡4min后取出，用有丙酮清洗，然后用壓力為0.5mpa的氮氣吹干；

步驟(2)：將鉬合金構件1放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為2x10^-4pa，升溫至溫度為1250℃，保溫0.1h，然后冷卻至溫度為50℃，取出鉬合金構件1；將鎢合金構件2放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為1x10^-3pa，升溫至溫度為1550℃，保溫0.1h，然后冷卻至60℃，取出鎢合金構件2；

步驟(3)：將熱處理后的鎢合金構件2的凸起插入鉬合金構件1的安裝槽內(nèi)，裝配間隙為0.04mm；

步驟(4):對裝配好的鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，焊接時,真空度為1x10^-4pa，電子束流為20a，電子束流在掃描時偏轉角度5°，掃描頻率為300hz，焊接速度為700mm/min，加速電壓為60kv，聚焦電流為400ma，電子束流3偏向鉬合金構件1，且與鉬合金構件1和鎢合金構件2的表面對接線相距0.25mm；焊后進行外觀修飾；

步驟(5)：將步驟(4)得到的焊接后的構件放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為3x10^-4pa，升溫至溫度為1200℃，保溫0.25h，然后冷卻至70℃，取出焊接構件。

實施例3

待焊接構件如圖2所示，鉬合金構件1為空心圓柱形結構，且右側端面設有安裝槽，安裝槽在加工時進行了清根處理，槽底拐角為直角；鎢合金構件2為空心圓柱結構，且左側端面設有與安裝槽匹配的凸起。鉬合金構件1為tzc合金，通過真空電弧熔煉方法制得，鎢合金構件2為wre3合金，通過粉末冶金制備后鍛造方法制得。

對鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，包括以下步驟：

步驟(1)：將鉬合金構件1和鎢合金構件放入王水中浸泡1min后取出，用有酒精清洗，然后用壓力為0.3mpa的氮氣吹干；

步驟(2)：將鉬合金構件1放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為5x10^-4pa，升溫至溫度為1050℃，保溫0.5h，然后冷卻至溫度為80℃，取出鉬合金構件1；將鎢合金構件2放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為5x10^-4pa，升溫至溫度為1250℃，保溫0.5h，然后冷卻至90℃，取出鎢合金構件2；

步驟(3)：將熱處理后的鎢合金構件2的凸起插入鉬合金構件1的安裝槽內(nèi)，裝配間隙為0.02mm；

步驟(4):對裝配好的鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，焊接時,真空度為1x10^-5pa，電子束流為15a，電子束流偏轉角度3°，掃描頻率為200hz，焊接速度為400mm/min，加速電壓為45kv，聚焦電流為800ma，電子束流3偏向鉬合金構件1，且與鉬合金構件1和鎢合金構件2的表面對接線相距0.1mm；焊后進行外觀修飾；

步驟(5)：將步驟(4)得到的焊接后的構件放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為5x10^-4pa，升溫至溫度為1100℃，保溫0.5h，然后冷卻至70℃，取出焊接構件。

實施例4

待焊接構件如圖2所示，鉬合金構件1為空心圓柱形結構，且右側端面設有安裝槽，安裝槽在加工時進行了清根處理，槽底拐角為直角；鎢合金構件2為空心圓柱結構，且左側端面設有與安裝槽匹配的凸起。鉬合金構件1為tzm合金，通過真空電弧熔煉方法制得，鎢合金構件2為wre25合金，通過真空電弧熔煉方法制得。

對鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，包括以下步驟：

步驟(1)：將鉬合金構件1和鎢合金構件放入王水中浸泡1min后取出，用有酒精清洗，然后用壓力為0.4mpa的氮氣吹干；

步驟(2)：將鉬合金構件1放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為8x10^-4pa，升溫至溫度為1150℃，保溫0.45h，然后冷卻至溫度為90℃，取出鉬合金構件1；將鎢合金構件2放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為8x10^-4pa，升溫至溫度為1350℃，保溫0.45h，然后冷卻至90℃，取出鎢合金構件2；

步驟(3)：將熱處理后的鎢合金構件2的凸起插入鉬合金構件1的安裝槽內(nèi)，裝配間隙為0.02mm；

步驟(4):對裝配好的鉬合金構件1和鎢合金構件2進行電子束焊焊接，焊接時,真空度為1x10^-5pa，電子束流為17a，電子束流偏轉角度4°，掃描頻率為250hz，焊接速度為550mm/min，加速電壓為50kv，聚焦電流為600ma，電子束流3偏向鉬合金構件1，且與鉬合金構件1和鎢合金構件2的表面對接線相距0.15mm；焊后進行外觀修飾；

步驟(5)：將步驟(4)得到的焊接后的構件放入真空加熱爐中，爐內(nèi)真空度為5x10^-4pa，升溫至溫度為1100℃，保溫0.5h，然后冷卻至90℃，取出焊接構件。

對本發(fā)明各具體實施例提供的焊接構件進行性能測試，測試方法如下：

(1)進行外觀檢查；

(2)密封性能檢測：用真空氦質(zhì)譜儀，保壓2min，檢測漏率：

(3)內(nèi)部質(zhì)量分析：經(jīng)過ct進行探傷分析；

(4)金相組織分析：經(jīng)過打磨，隨機剖切焊縫處進行檢查。

表1本發(fā)明實施例1-4提供的焊接構件焊縫性能參數(shù)表

測試結果：焊接后外觀圓滑、無咬邊，漏率小于1×10^-4pa·l/s，焊縫質(zhì)量符合gjb1718a-2005ⅰ級焊縫質(zhì)量要求，剖切焊縫處無裂紋和氣孔(如圖4所示)。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員的公知技術。