[发明专利]一种奥氏体不锈钢管与铌管的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢管与铌管的焊接方法。

背景技术

金属铌属于难熔金属，熔点高于2000℃，有较高的密度、良好的高温强度以及较高的抗腐蚀性能，常被用于航空、航天、核能、电子及化工等重要领域。奥氏体不锈钢主要成分为铁，铬、镍含量均较高，熔点高于1000℃，具有优良的抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时具有优良的塑韧性和冷热加工性能，广泛应用于建筑、食品工业、核能等工业领域。由于两种金属在化学和物理性质上具有较大的差异，实现两者之间的焊接连接具有较大难度：1)难熔金属与不锈钢熔点相差很大；2)难熔金属与铁在室温下的相互溶解度都很小，主要形成金属间化合物，该类化合物低温脆性严重影响着焊接接头的质量。金属焊接常用的焊接方法包括熔化焊(各种电弧焊、电子束焊机激光焊等)、钎焊和压焊等，各种焊接方法对异种金属焊接的适应性是不同的。

1)钨极惰性气体保护焊接方法操作较简单，但电弧能量较发散，且由于焊接时容易混入大气中的各种气体杂质，而金属铌又对杂质十分敏感，所以不宜采用。

2)钎焊是一种对异种金属适应性很强的连接方法，焊接温度低于两种母材熔点，填充钎料熔化润湿母材并形成焊接接头，规避了异种金属母材冶金相容性较差的问题。采用该种焊接方式，需要选择合适钎料成分，控制钎焊温度和时间，才能获得质量较高的接头，焊接工艺较复杂；此外钎焊过程中，升、降温速率缓慢，导致焊接时间较长，焊接效率低。

此外，不锈钢与难熔金属的焊接方法还包括扩散焊、摩擦焊和爆炸焊等，如钽与不锈钢的爆炸焊、铌与不锈钢的摩擦焊。但在不锈钢与难熔金属直接扩散焊时，难免在接头中形成一些金属间化合物。而爆炸焊过程中需要使用到炸药，操作难度较高，同时焊接时存在一定危险性。因此，目前需要一种铌管和奥氏体不锈钢管焊接的新方法。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能够避免焊接缺陷及焊接接头脆化，焊接效率高且焊接参数易于调节的奥氏体不锈钢管与铌管的焊接方法。(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种奥氏体不锈钢管与铌管的焊接方法，该方法包括以下步骤：

1)焊接接头的设计

将管状结构的奥氏体不锈钢工件和管状结构的铌工件作为奥氏体不锈钢管与铌管的待焊接接头，其中奥氏体不锈钢工件包括一体化的、外径相同的第一奥氏体不锈钢工件和第二奥氏体不锈钢工件，第一奥氏体不锈钢工件的内径大于第二奥氏体不锈钢工件的内径，并且第一奥氏体不锈钢工件的内径与铌工件的外径一致，第一奥氏体不锈钢工件的长度与铌工件的长度一致，第一奥氏体不锈钢工件的壁厚为铌工件壁厚的5～10倍；

2)焊接前预处理

(1)将待焊接的铌工件和奥氏体不锈钢工件放入超声波清洗槽中清洗；

(2)将清洗好的铌工件和奥氏体不锈钢工件烘干；

(3)组装工件：将铌工件置于第一奥氏体不锈钢工件内；铌工件和第一奥氏体不锈钢工件的接触处为焊缝；组装前用酒精擦拭焊缝部位，并烘干；

3)焊接

(4)启动电子束焊机，预热30分钟；

(5)打开电子束焊机的真空焊接室，将步骤(3)组装好的工件放入真空焊接室卡具内，调节奥氏体不锈钢工件和铌工件同轴，使工件同轴度最大偏差≤0.02毫米；

(6)关闭真空焊接室，抽真空至其真空度好于1.8×10^-2Pa；

(7)调整电子束焊机的加速电压为60kV；启动束流开关，调整束流强度至1～1.5mA；调节束流聚焦斑点位置，使束流聚焦斑点中心至焊缝位置并向奥氏体不锈钢工件一侧偏移，偏移量为0.5～0.7mm；

(8)调节电子束焊机的聚焦电流至0.60～0.62mA，此时束流聚焦斑点在焊缝表面聚焦；转动焊台，将聚焦电流散焦至0.70～0.75mA，并调整束流聚焦斑点为上聚焦；调整束流强度为3～4mA，对焊缝进行预热，预热时间20～25s；

(9)调节束流强度至18～20mA，启动焊接开关，焊接10～14s；

(10)焊接结束，真空下冷却后取出。

优选地，步骤(2)～(3)所述烘干是在烘箱内，烘干温度为100±5℃，烘干时间为6小时。

优选地，步骤(3)中组装铌工件和奥氏体不锈钢工件时要避免污染焊接接头。

优选地，步骤(8)中焊台转速为5～7s/r。

优选地，步骤(8)～(9)中束流上升、衰减时间为3～5s。