[发明专利]一种钨块六面扩散焊接钽层的方法

说明书

技术领域

本申请涉及难熔金属的焊接领域，特别是涉及一种钨块焊接钽层的方法。

背景技术

中国散裂中子源是国家重大科技基础设施项目，它是一个用中子来了解微观世界的工具；为我国在物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科前沿领域的基础研究和高新技术开发研究提供一个新进、功能强大的大科学研究平台。中国散裂中子源是发展中国家拥有的第一台散裂中子源，和正在运行的美国、日本与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。

散裂中子源采用钨作为靶材，由于高能质子束流轰击钨时会产生大量热量，为了降温必须采用高速水流对其进行冷却。但是，钨块在高辐照和高速水流冲刷环境下，容易腐蚀开裂，影响钨靶的寿命。因此需要在钨块表面焊接一层钽层，增强靶块的抗腐蚀性能，提高靶体寿命。

目前国际通用的钨块焊接钽层的方法为，预先将钽片通过电子束焊接技术，焊接成一个空心盒子，空心钽盒尺寸与钨块尺寸一致；将钨块放入钽盒内，再盖上另外一片钽片，同样采用电子束焊接将盖上的钽片与钽盒焊接，使装入了钨块的空心钽盒封闭；然后在装入了钨块并封闭焊接好的钽盒的外面包裹多层吸气材料，包裹好后，在1500度，进行2-3小时的热等静压扩散焊接，使钽盒与钨块六面扩散连接在一起，形成特别用于散裂中子源的钽钨复合材料。该国际通用方法存在三个不足：第一，电子束焊接制备钽盒的难度较大，并且，装入钨块后，在将钽片与钽盒进行电子束焊接，使钽盒封闭时，必须保证钽盒内钨块接触的空间为真空状态以保障后续的热等静压扩散焊接质量，这也很难做到，经常会存在内部残余有空气，导致热等静压扩散焊接失败。第二，在整个过程中电子束焊接工序非常多，也非常复杂，使得钽钨复合材料的靶组件价格非常昂贵。第三，在热等静压时，需要在钽盒外包裹多层吸气材料，如果不包裹吸气材料，钽表面会被氧化，影响质量。

发明内容

本申请的目的是提供一种改进的钨块六面扩散焊接钽层的方法。

本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种六面扩散钨块焊接钽层的方法，包括采用钛、铁或钼中的至少一种金属制作外包套，外包套具有容纳钨块的空心内腔，在外包套的空心内腔的内壁上依序铺放隔片和钽片，再放入钨块，钽片紧密的贴合在钨块表面，隔片将钽片和外包套隔开；然后在真空条件下，对外包套的一个或两个端面进行电子束焊接，在进行电子束焊接之前，在位于外包套端面的钨块表面依序铺放钽片、隔片，钽片紧密贴合于钨块表面，再用金属片盖封，将盖封的金属片与外包套电子束焊接；然后将其放入热等静压扩散焊接装置中进行扩散焊接；焊接完成后取出，将外包套去除，即获得具有钽层的钨块。

可以理解，外包套端面盖封的金属片原则上与外包套采用相同的材质，外包套可以是钛、铁或钼金属制备的，也可以是三者任意两种或三种的合金，金属片也采用相应的材质，如外包套为钛金属，则金属片为钛金属片。当然，金属片的目的是盖封外包套端面，只要能够将金属片与外包套稳固的焊接在一起，也并不一定要求两者的材质一样，在此不做具体限定。

需要说明的是，本例采用钛、铁或钼中的至少一种金属制作外包套，与现有技术的钽盒相比，第一，本申请采用的金属外包套更容易加工，且不需要多次电子束焊接形成钽盒；第二，现有技术中，钽盒的钽片是直接扩散在钨块表面形成钽层的，因此，钽盒的大小、厚度，包括焊接缝，都必须均匀，这增加了电子束焊接钽盒的难度，而本申请的外包套在热等静压扩散焊接完成后是要去除的，钽层直接取决于装入的钽片，因此相对来说更加简单；第三，由于采用金属外包套，无需包裹吸气材料。

本申请的隔片目的是将钽片与外包套隔开，因为，在后续的热等静压扩散焊接中，如果没有隔片，外包套与钽片之间也会进行扩散连接在一起，这样，将外包套去除后就很难保障钽层的厚度；加入隔片后，避免了金属外包套与钽片的扩散连接，热等静压扩散焊接完成后，直接去除外包套即可，简单方便。可以理解，本申请的隔片是耐高温的，并且不与钽片扩散连接的材料，最好也是不与外包套扩散连接的材料。