一种BFe10-1-1铜镍合金的真空电子束焊接方法
【专利说明】-种BFeI0-1-1铜镍合金的真空电子束焊接方法
[0001]【技术领域】 本发明涉及金属材料焊接领域，尤其涉及一种真空电子束焊接方法，具体涉及一种船 用BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法。
[0002] 【【背景技术】】 已知的，BFeio-I-I铜镍合金的化学成分为Ni+Co :9. 0~11. 0、Fe :1. 0~L 5、Mn : 0· 5 ~I. 0、Ζη :0· 30、Si :0· 15、C :0· 05、Pb :0· 02、S :0· 01、P :0· 006、Cu :余量(质量分数，％)， 颜色呈银色或淡灰白色。具有很好的耐蚀性，优良的力学性能和压力加工性能，焊接性好， 广泛用于船舶及海洋工程、化工和精密机械等工业领域，主要用来制造管路系统、冷凝管、 蒸发器、热交换器和各种高强度的耐蚀件等。BFelO-I-I铜镍合金在海洋环境中具有良好的 防污性能和耐蚀性能，20世纪40年代开始在国外舰船领域应用，我国从20世纪60年代开 始试制，目前已经在舰船海水管路系统中大规模应用。
[0003] 铜镍合金热导率很高，散热快，焊接热影响区较宽，焊接时会产生较大的变形，当 施加拘束时会产生很大的焊接应力；液态铜表面张力小、流动性好，表面成形能力差；氢在 液态铜中的溶解度较高，在液态转变为固态时，氢的溶解度发生突变，焊缝结晶快，氢气泡 来不及上浮形成气孔；Cu和Ni无限互溶，因此焊缝组织是粗大的单相固溶体，由于受杂质 元素的影响，固、液相区间扩大，晶界析出低熔点共晶物，在焊接应力的作用下，易形成裂 纹，多层多道焊时，裂纹敏感性更大。由于上述铜镍合金的焊接特性，应采用焊接线能量 较小的焊接方法。然而，目前船用BFelO-I-I铜镍合金主要采用钨极氩弧焊(刘殿宝，高 峰，刘放.厚壁大口径BFelO-I-I铁白铜管焊接试验[J].焊接，2002 (3): 30-32.李 莉，邓洪军.BFelO-I-I白铜焊接工艺的研宄[J].沈阳工业大学学报，2007，29 (1): 32-34.)。由于热输入较大，焊接变形较大，焊缝组织粗大，焊接质量不佳。
[0004] 真空电子束焊接热输入量小，焊接速度快，真空条件下焊缝纯净度高，焊缝及热影 响区组织相比普通电弧焊细小，焊接变形与残余应力小，非常适合于铜镍合金的连接。刘方 军等人(刘方军，王世卿，陈晓风，等.大厚度紫铜电子束焊接的研宄[J].中国机械工程， 1996，7 (3): 101-102.)针对25mm紫铜厚板进行了电子束焊接工艺研宄，讨论了工艺参数 对焊缝质量的影响，通过工艺优化，获得了无冶金缺陷的焊接接头，相比普通电弧焊，焊接 质量明显提升。紫铜与BFelO-I-I铜镍合金在成分、性能上有较大差异，该研宄成果不能应 用于BFelO-I-I铜镍合金真空电子束焊接。目前，尚无有关BFelO-I-I铜镍合金电子束焊 接的研宄报道。
[0005]【
【发明内容】
】 为了克服【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种BFelO-I-I铜镍合金的真空电子 束焊接方法，本发明具有焊接穿透能力强、热输入量小、焊接速度快、真空条件下焊缝纯净 度高、焊缝及热影响区组织相比普通电弧焊细小、焊接变形与残余应力小等特点，本发明将 真空电子束焊接技术应用于船用BFelO-I-I铜镍合金，显著提高焊接质量与稳定性，提高 厚度3mm以上船用BFelO-I-I铜镍合金的焊接效率等。
[0006] 为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案： 一种BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，具体步骤如下： 第一步、首先将BFelO-I-I铜镍合金进行表面机械处理，然后进行超声波清洗去除表 面油污，干燥后待用； 第二步、将第一步清洗后的工件测量好尺寸后置于真空室中，用夹具固定好，设好程 序，调整板材位置使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后对真空室进行抽真空； 第三步、接上步，聚焦电子束，调试焊接工艺参数以保证焊缝成形良好，电子束从板材 的一端开始焊接直到另一端为止； 第四步、接上步，焊接完成后，真空冷却，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作 完成。
[0007] 所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，所述BFelO-I-I铜镍合金是 指以铜为基体，其余元素为Ni+ Co、Fe、Mn、Zn、Si、C、Pb、S和P。
[0008] 所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，所述第一步中超声波清洗为 分别用丙酮、酒精溶剂进行超声波清洗。
[0009] 所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，所述第二步中电子束焊接设 备真空室真空度为KT 3Pa~KT4 Pa。
[0010] 所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，所述第三步中焊接工艺参 数如下：焊接速度100~1000mm/min，加速电压150KV，电子束束流5~400mA，工作距离 200 ~1700mm〇
[0011] 所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，所述第四步中真空冷却时间 为 5 ~15min〇
[0012] 采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果： 本发明所述的一种BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，本发明采用能量集 中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好的电子束作为施焊热源，使得整个连接 过程时间缩短、热影响区减小，焊缝质量满足GJB 1718-2005 I级要求，本发明焊接过程是 在真空室进行，避免了大气中有害气体对焊接接头性能的影响，有效地提高了接头综合性 能，本发明对于厚度3mm以上的BFelO-I-I铜镍合金，可实现不开坡口单面焊双面成形，焊 接效率显著提高，同时避免现有技术中多层多道焊造成的接头性能和质量下降问题，本发 明由于电子束焊热输入量小，焊接变形小，可有效控制构件的焊接制造精度。
[0013] 【【附图说明】】 图1为本发明电子束焊接接头的横截面示意图； 图2为本发明焊缝组织的低倍图； 图3为本发明焊缝组织的高倍图； 【【具体实施方式】】 通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例； 本发明所述的一种BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，具体步骤如下： 第一步、首先将BFelO-I-I铜镍合金进行表面机械处理，然后分别用丙酮、酒精溶剂进 行超声波清洗去除表面油污，干燥后待用；所述BFelO-I-I铜镍合金是指以铜为基体，其余 元素按质量百分比包括 Ni+ Co :9. 0 ~11. 0%、Fe :1. 0 ~I. 5%、Mn :0· 5 ~L 0%、Ζη :0· 30%、 Si :0. 15%、C :0. 05%、Pb :0. 02%、S :0. 01%、P :0. 006%，由于 BFelO-I-I 铜镍合金的成分不属 于本发明的保护重点，故在此不予累述； 第二步、将第一步清洗后的工件测量好尺寸后置于电子束焊机的真空室中，用夹具固 定好，设好电子束焊机的程序，调整板材位置使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后对 真空室进行抽真空，电子束焊接设备真空室真空度为KT 3Pa~KT4Pa ;其中电子束焊机的程 序包括出电子束，运动机构运动，关电子束等步骤，由于该程序不是本发明保护的重点，故 在此不予累述； 第三步、接上步，聚焦电子束，调试焊接工艺参数以保证焊缝成形良好，电子束从板材 的一端开始焊接直到另一端为止，其中焊接工艺参数如下：焊接速度100~l〇〇〇mm/min，加 速电压150KV，电子束束流5~400mA，工作距离200~1700mm ; 第四步、接上步，焊接完成后，真空冷却，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作 完成，其中真空冷却时间为5~15min。
[0014] 本发明与现有技术相比，焊接接头综合力学性能好，如表1所示，表中数据为三个 试验结果的平均值。
[0015] 表1焊接接头性能对比
【主权项】
1. 一种BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：具体步骤如下： 第一步、首先将BFelO-I-I铜镍合金进行表面机械处理，然后进行超声波清洗去除表 面油污，干燥后待用； 第二步、将第一步清洗后的工件测量好尺寸后置于真空室中，用夹具固定好，设好程 序，调整板材位置使得电子束能够准确的作用于待焊处，然后对真空室进行抽真空； 第三步、接上步，聚焦电子束，调试焊接工艺参数以保证焊缝成形良好，电子束从板材 的一端开始焊接直到另一端为止； 第四步、接上步，焊接完成后，真空冷却，去真空并取出焊接完成的试件，整个焊接工作 完成。
2. 根据权利要求1所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：所 述BFelO-I-I铜镍合金是指以铜为基体，其余元素为Ni+Co、Fe、Mn、Zn、Si、C、Pb、S和P。
3. 根据权利要求I所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：所 述第一步中超声波清洗为分别用丙酮、酒精溶剂进行超声波清洗。
4. 根据权利要求1所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：所 述第二步中电子束焊接设备真空室真空度为KT3Pa~10_4Pa。
5. 根据权利要求1所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：所 述第三步中焊接工艺参数如下：焊接速度1〇〇~l〇〇〇mm/min，加速电压150KV，电子束束流 5~400mA，工作距离200~1700mm。
6. 根据权利要求1所述的BFelO-I-I铜镍合金的真空电子束焊接方法，其特征是：所 述第四步中真空冷却时间为5~15min。
【专利摘要】一种BFe10-1-1铜镍合金的真空电子束焊接方法，本发明采用能量集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好的电子束作为施焊热源，使得整个连接过程时间缩短、热影响区减小，焊缝质量满足GJB 1718-2005 ?级要求，本发明焊接过程是在真空室进行，避免了大气中有害气体对焊接接头性能的影响，有效地提高了接头综合性能，本发明对于厚度3mm以上的BFe10-1-1铜镍合金，可实现不开坡口单面焊双面成形，焊接效率显著提高，同时避免现有技术中多层多道焊造成的接头性能和质量下降问题，本发明由于电子束焊热输入量小，焊接变形小，可有效控制构件的焊接制造精度。
【IPC分类】B23K37-00, B23K103-12, B23K15-06
【公开号】CN104772557
【申请号】CN201510148124
【发明人】熊进辉, 耿永亮, 高福洋
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月31日