[发明专利]一种异种磁性钢超窄焊缝激光焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高能束焊接技术领域，具体涉及一种异种磁性钢超窄焊缝激光焊接的方法。

背景技术

核电站控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism，CRDM)是反应堆控制和保护系统的伺服机构，能够完成反应堆启动、功率调节和保持、安全停堆和事故停堆，直接影响核反应堆运行的安全可靠性。国内开发的示范快堆用CRDM驱动电机为开关磁阻式，该电机内部的关键部件为密封筒组件，该组件由多条导磁棒(铁素体或马氏体不锈钢)和非导磁棒(奥氏体不锈钢)交替焊接制造而成，通过导磁棒与非导磁棒磁性差异实现驱动电机磁路设计，能够灵活调节和控制核反应堆燃料棒启动、运行及停堆。导磁棒和非导磁棒密封筒焊接，如何获得高质量的焊缝及焊接接头的磁性调控是制造高性能电机的难点，直接影响核电站CRDM的安全可靠性及控制系统的灵敏性。

CRDM驱动电机密封筒焊缝密集、深宽比大，有效熔深要求较大，易产生焊接变形，对焊接工艺方法提出了较高的要求。电子束焊接功率密度高，热输入小，能够获得深宽比大焊缝，但由于电子束为空间电流，在焊接时会对导磁磁材料充磁，被充磁的导磁材料令电子束向其偏移，造成焊缝中下部熔合困难，无法保证焊缝的机械性能及密封性能。光纤激光器作为一种新型激光焊接工具，具有更高光束质量和输出功率，光纤激光焊接也具有高的功率密度，易获得大深宽比焊缝，且激光束不带电，不会对磁性材料充磁，无偏焊现象，非常适合磁性材料焊接。因此，CRDM驱动电机密封筒采用激光束焊接是目前最理想的制造工艺方法。

CRDM驱动电机密封筒焊接要求大熔深大深宽比，且对焊缝的耐压密封性和磁性能都有较高要求，焊接难度大，已经成为制约新型CRDM驱动电机密封筒焊接制造的瓶颈技术之一。为了满足CRDM驱动电机密封筒焊接要求，焊缝的形状尺寸的精确控制及其缺陷抑制是获得更高质量的异种磁性材料焊接组件关键技术。本发明采用高功率连续光纤激光，采用激光程序进行脉冲调制，并通过调整焊接参数、装配参数及保护气进行缺陷控制，取得了较好的焊接效果，焊接质量完全能够满足核电用CRDM驱动电机的要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种异种磁性钢超窄焊缝激光焊接的方法，克服了异种磁性钢厚板焊接时焊接变形大、焊缝对磁性影响大及焊接缺陷多的难题，改善了焊缝成形，提高了焊接质量，降低了焊接成本，同时该方法无需填充材料，不需开坡口，单面焊双面成形，焊接过程容易实施，工作效率高，具有很强的应用前景。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种异种磁性钢超窄焊缝激光焊接的方法，焊接母材为锻件或轧件，焊接设备采用高功率光纤激光焊接系统，焊缝截面宽度小于1mm，具体操作步骤如下：

(1)接头设计，激光焊接深熔超窄对接焊缝坡口形式为I型，属于单面焊双面成形，焊缝背面完全熔透；

(2)焊前清理及装配，使异种磁性钢焊接试件侧面和表面加工状态一致，焊接面能够完全贴合；

(3)设定激光束的焊接参数，所述焊接参数包括激光功率、焊接速度、离焦量和激光束倾斜角度；

(4)调整侧吹氩气及压缩空气管角度，使侧吹氩气与水平面角度为60°，使压缩空气方向与焊接方向相同，与水平面平行，压缩空气管口位于侧吹氩气管口上方20mm；

(5)编制激光入射程序，设定激光束的脉冲调制参数，包括脉冲波形、频率和峰值激光功率等；

(6)采用8-10kW的峰值功率，选用0.9m/min-1.2m/min的焊接速度，选择离焦量为-2-+2，进行焊接；

(7)焊后加工，焊接结束后，对焊件进行机加工，去除表面飞溅及焊缝未填满部位，保留有效焊缝。

优选地，焊件厚度依据有效焊缝深度选择，焊接试板厚度大于有效焊缝深度至少3mm。

优选地，所述锻件或轧件的材质为导磁钢或非导磁钢，所述导磁钢为铁素体或马氏体不锈钢，所述非导磁钢为奥氏体不锈钢。

优选地，所述步骤(2)中异种磁性钢焊件固定后焊缝的最大间隙不超过0.3mm。

优选地，所述步骤(3)中根据接头厚度从8mm增加到12mm，设定的激光功率从8kW线性递增到10kW。

优选地，所述步骤(3)中设定激光束倾斜角度与侧吹氩气方向一致，角度为5-7°。

优选地，所述步骤(5)中脉冲波形选用梯形波，脉冲频率400-600HZ。