[发明专利]一种铜铬锆合金的电子束焊接工艺及焊后热处理方法

说明书

本发明公开了一种铜铬锆合金的电子束焊接工艺及焊后热处理方法，首先对待焊的两块CuCrZr合金板材进行表面处理，然后对待焊的CuCrZr合金进行工装夹持，防止焊接过程的变形影响；对待焊接的合金板材先用低功率进行扫描预热，随后进行定速、定功率焊接，焊接过程完成后先将焊接件进行炉冷，待其冷却半小时后取出焊接样品，在空气中静置至室温后，重复进行一次上述焊接操作，再经过时效热处理后，即可得到良好的双面焊焊接接头，得到的接头具有较高熔深/熔宽比。本发明的方法适合高精密配件的焊接，经电子束焊接得到的接头组织较好，拉伸性能较佳，可达300MPa，经过时效处理后的焊接接头可以达到350MPa以上，能偶满足实际工程的要求。

技术领域

本发明涉及一种电子束焊接方法，具体涉及一种铜铬锆合金的电子束焊接工艺及焊后热处理方法。

背景技术

可控热核聚变能满足人类未来能源需求的理想新能源，为此我国提出建成中国聚变工程试验堆的方案。在试验堆建设过程中，铜铬锆合金作为一种重要的高性能材料成为试验堆反应装置中第一壁、电子回旋加速器(波导管)的关键组成材料，以往的波导管材料采用316不锈钢，该材料在微波作用下极易产生局部过热，影响其内壁Cu涂层的稳定性和可靠性。在微波窗波导管设计方案中，高热导、高电导、低变形的CuCrZr合金取代不锈钢等材料作为微波窗组件的主要金属材料。具有以下优势：①波导管内壁不需要沉积Cu涂层，简化了组件的制造流程；②整个组件只包含CuCrZr合金、铜环和金刚石，减少了材料之间的不匹配；③CuCrZr合金具有低焊接变形～2-3％。采用新型铜合金(CuCrZr)取代不锈钢作为波导管并用电子束精密焊接成型，避免波导管内局部过热导致的能量损耗，实现微波窗的性能提升。，然而该方案处于设计阶段，尚有诸多关键问题，例如CuCrZr合金的焊接应力与变形控制，铜合金波导管在使役条件下的变形行为等，缺乏工艺和理论的探索。

目前针对电子束焊接工艺的研究比较倾向于钛合金、铝合金材料等，针对铜合金材料电子束焊接工艺、成型、焊后性能缺乏成体系的研究。而对于具有高热导、高电导性能的铜铬锆合金，研究主要集中在铜铬锆合金的熔炼、铸造、锻造等制备工艺，对该合金的焊接工艺及性能研究较少。因此，研究CuCrZr合金电子束焊接工艺及焊后性能优化成为当下亟待解决的问题。为了解决这些问题，本发明采用低功率电子束焊机，采用不同的电子束焊接工艺焊接铜铬锆合金，得出较优的焊接工艺参数，并发明了一种电子束焊接铜铬锆材料焊后热处理工艺。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铜铬锆合金的电子束焊接工艺及焊后热处理方法。

所述的一种铜铬锆合金的电子束焊接工艺及焊后热处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)准备阶段：将CuCrZr合金板的待焊接面进行线切割加工形成平直面，然后对CuCrZr合金板切割后的平直面进行表面处理，形成待焊件；将处理好的两块待焊件固定在夹具之上，防止焊接过程的变形影响，使两块待焊件的待焊接面对齐贴近拼接形成焊缝，然后将夹具放于焊接室内，焊接室抽真空；

2)焊接阶段：对待焊件进行焊前预热，对焊缝正面进行电子束焊接，焊接结束后在焊接室内冷却20～40min，随后将焊接件取出置于空气中自然冷却至室温；之后第二次将两块待焊件翻过来重复固定在夹具之上，按照与第一次焊接工艺相同的步骤对焊缝反面继续进行一次焊接操作，最终得到电子束双面焊焊接接头；

3)焊后热处理：将焊接之后的焊接接头放入马弗炉中进行时效热处理，以提高接头的强度，即制备完成。