[發(fā)明專利]一種鎢/低活化鋼的真空電子束釬焊連接方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010298801.2
• 申請(qǐng)日: 2010-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102000895A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 燕青芝;郭雙全;葛昌純
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K1/005
• 分類號(hào): B23K1/005;B23K1/20;B23K103/18
• 代理公司: 北京東方匯眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬;劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料，特別涉及高熔點(diǎn)金屬鎢與低活化鋼的連接方法，具體是采用非晶態(tài)Ti基箔帶為釬料，應(yīng)用真空電子束釬焊技術(shù)進(jìn)行鎢與低活化鋼的連接。

背景技術(shù)

偏濾器是現(xiàn)代磁約束核聚變裝置中至關(guān)重要的組成部分，是構(gòu)成高溫等離子體與材料直接接觸的過(guò)渡區(qū)域：一面是溫度高達(dá)幾億度的等離子體，另一面是通常的固體材料。偏濾器的主要作用是有效地屏蔽來(lái)自器壁的雜質(zhì)，減少對(duì)中心等離子體的污染，排出來(lái)自中心等離子體的粒子流和熱流以及核聚變反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的氦灰。目前國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(ITER：international?thermonuclear?experiment?rector)，實(shí)驗(yàn)型先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克(EAST：experimental?advanced?superconducting?tokamak)的偏濾器主要采用銅作為熱沉材料的水冷偏濾器，工作溫度在200-400℃。為了提高能量轉(zhuǎn)化效率，下一代示范堆(DEMO：demonstration?power?plant)聚變堆實(shí)驗(yàn)裝置將使偏濾器工作溫度提高到800-1000℃。因此，未來(lái)的DEMO聚變堆實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)采用氦冷偏濾器，在偏濾器的第一壁將承受10-15MW/m²的熱流密度，相應(yīng)的能量輸出為15％。中子輻照和高的熱、力載荷要求耐高溫、低活性的材料應(yīng)用于偏濾器材料。鎢及其合金、低活化鋼(低活化鋼是指鋼中不含有經(jīng)過(guò)中子輻照后產(chǎn)生反射性元素的成分)是理想的候選材料，因此涉及到鎢及其合金與低活化鋼的連接。

鎢與低活化鋼的連接有擴(kuò)散技術(shù)和釬焊技術(shù)，目前常采用的方法主要是釬焊技術(shù)，釬焊料主要是Ni基、Ti基和Fe基的非晶態(tài)高溫釬料?？焖倌痰姆瞧泛臀⒕B(tài)箔帶釬料是一種連接異種材料的有效方法。除了考慮釬料以外，釬焊中的加熱熱源的類型也必須考慮。目前，采用的鎢與鋼的釬焊主要是真空爐釬焊，整體加熱，焊接時(shí)間長(zhǎng)，容易造成鋼基體中晶粒的長(zhǎng)大，而且能量輸入不能精確控制，熱應(yīng)力大等缺點(diǎn)。真空電子束釬焊技術(shù)綜合了電子束加工與真空釬焊的優(yōu)點(diǎn)，它利用散焦掃描電子束作為熱源，在真空中對(duì)零件表面待釬焊處進(jìn)行加熱，具有優(yōu)于其他種類焊接的特點(diǎn)：(1)電子束能量密度高，可以迅速加熱焊件待焊的局部到釬焊溫度，有利于減少釬料成分揮發(fā)；有利于削弱母材晶粒長(zhǎng)大，降低釬焊缺陷產(chǎn)生傾向。(2)電子束釬焊在真空中進(jìn)行，可以避免釬焊活性較大的金屬時(shí)，由于環(huán)境氣氛影響而出現(xiàn)的一些問(wèn)題。(3)電子束釬焊為局部加熱，不但有利于保持焊件的整體性能，而且可以有效保護(hù)已經(jīng)存在的釬焊縫。(4)與普通真空爐釬焊相比，焊接時(shí)間縮短70％-90％，能耗降低70％以上，效率高，成本低。由于上述諸多優(yōu)勢(shì)，真空電子束釬焊技術(shù)已在航空航天關(guān)鍵部件的精密連接上大量使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種采用真空電子束釬焊技術(shù)連接鎢與低活化鋼的方法，為制備具有優(yōu)良界面性能的聚變堆偏濾器部件。

一種鎢/低活化鋼的真空電子束釬焊連接方法，技術(shù)方案如下：

鎢與低活化鋼的連接采用對(duì)接方式進(jìn)行釬焊，將鎢和低活化鋼經(jīng)砂紙打磨，超聲波和酒精清洗以后疊放在一起，中間加入微米級(jí)的非晶態(tài)Ti基釬料(其成分為Ti：30-50％，Zr：30-50％，Cu：10-15％，Ni：5-10％(wt％))，用夾具夾住，從鎢的表面進(jìn)行電子束面掃描加熱，溫度控制在800-1200℃，加熱時(shí)間為1-5min。。

真空電子束釬焊時(shí)真空腔室內(nèi)工作真空度1.0-5.0×10^-3Pa，加速電壓100-150kV，聚焦電流100-600mA，電子束流1-10mA，掃描頻率為0.1-1.0kHz。采用計(jì)算機(jī)控制高頻掃描線圈，如圖1所示。其中，加熱時(shí)間和溫度是主要的參數(shù)。

鎢與低活化鋼的電子束釬焊連接時(shí)，由于鎢與低活化鋼的熱膨脹系數(shù)相差3倍左右，在釬焊和部件工作環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生高的熱應(yīng)力。鈦箔帶不僅熱膨脹系數(shù)位于鎢與低活化鋼之間，而且鈦也是低活化材料，可以用于將來(lái)的磁約束聚變堆中。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以使鎢與低活化鋼在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接，連接的效率高，焊縫界面結(jié)合完好，沒(méi)有孔隙、夾雜、裂紋等缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1為電子束釬焊面掃描示意圖。

1工件；2計(jì)算機(jī)控制高頻掃面線圈；3電子槍；4掃描電子束；5紅外測(cè)溫儀。

圖2為電子束釬焊樣品的組裝圖。

圖3為W/鋼電子束釬焊樣品的SEM圖。

圖4為W/鋼電子束釬焊樣品的SEM圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖2對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步的描述。