[发明专利]一种真空电子束焊接方法及其在水电用钢焊接中的应用

说明书

技术领域

本发明属于焊接的技术领域，具体的涉及一种水电用钢真空电子束焊接方法和应用。

背景技术

真空电子束焊接(EBW)优势在于焊接能量密度很高(>10⁶W/cm²)，对于任何材料其焊缝都能快速熔化，靠零件自身材料熔接而成，焊接速度快,热影响区范围很小；焊接在真空中进行,可防止材料氧化及其它有害气体侵入；可以获得很大的焊缝深宽比,焊缝又深又窄,因而焊接零件变形小；电子束可以聚得很细,偏转方便,所以可焊很精细零件。对特殊结构和特别精细的零件用电子束焊接是非常适宜的。因此，自诞生以来就在航空、航天工业得到了广泛应用。航空、航天业所需材料特殊---钛合金、铝合金、高强度合金钢等较多，大多要求各种焊接结构具有高强度、低重量和极高的可靠性。而电子束焊接本身所固有的特点成功地解决了这类结构中的很多关键技术问题。

针对目前大厚度钢坯焊接，采用传统焊接方法需要开焊接坡口，坡口宽度较大，焊缝成形困难，焊接变形较大，焊缝清理困难，效率低且焊接质量差，尤其是两块坯料间的洁净度、真空度等问题难以保证，限制了传统焊接工艺在制备大厚度复合坯料领域的应用。另外，真空电子束焊接瞬间熔化再快速凝固，焊缝的冷却速度非常快，水电用钢(即在水电项目中使用的钢)的成分与淬透性，都决定它在快速冷却时很容易得到对冷裂纹敏感的淬硬组织，容易在真空电子束焊接或轧制过程中造成焊缝开裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水电用钢真空电子束焊接工艺，利用电子束焊接具有的穿透能力强、热输入量小、深宽比大、真空条件下焊缝纯净度高、焊接变形与残余应力小、自动化程度高等特点，进一步拓展真空电子束焊接的应用领域。利用真空电子束焊接技术对200-400mm厚水电用钢坯实施焊接，制备成两倍于原始厚度的复合坯料，且经高温轧制后不开裂，最终轧成水电工程用特厚钢板。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种真空电子束焊接方法,按照下述步骤进行：

步骤1，表面处理，将两块待加工的钢板坯料水平放置并完全去除钢板坯料表面的氧化铁皮，以使钢板坯料的各个表面全部露出新鲜金属，并保证两块坯料的长度差、宽度差≤1mm，粗糙度为1.8—3.3um；

在步骤1中，利用龙门铣床进行机加工，以使钢板坯料的表面、横截面、纵截面全部露出新鲜金属；粗糙度为1.9—3.1um；暴露出新鲜金属后，使用酒精或丙酮或四氯化碳对新鲜金属面进行二次清洗，去除油污，最后用手持风机吹干。

步骤2，钢板坯料组合，将两块坯料的新鲜金属面相对设置，以使两块坯料组齐对正，结合面间隙≤0.38mm，错边量≤0.5mm，然后采用手工电弧焊接予以固定，在坯料长度方向和宽度方向每边各焊接一段，对称布置，每段长度50-80mm；

在步骤2中，在手工电弧焊中，焊条经过100-148℃烘焙1h以上，采用多层多道焊接，焊道温度≤98℃，焊后手工打磨焊缝露出金属光泽。

步骤3，真空电子束散焦吹扫，将组合后坯料平移进真空室，抽真空，直至真空度达到2.5×10^-2Pa—1×10^-1Pa，在两块坯料的结合缝隙处，采用散焦电子束吹扫，散焦电子束的离焦量控制在0.5～1.5mm，散焦电子束的加速电压控制在45-55KV，散焦电子束的束流控制在55～80mA，扫描速度控制在14～18mm/s，以去除焊缝附近水分及油污等杂质；

在步骤3中，抽真空，直至真空度达到2.3×10^-2Pa—1.1×10^-1Pa，采用散焦电子束吹扫，散焦电子束的离焦量控制在0.9～1.2mm，散焦电子束的加速电压控制在45-53KV，散焦电子束的束流控制在56～78mA，扫描速度控制在14.3～16.8mm/s。

步骤4，真空电子束预热焊接，采用散焦电子束在两块待焊坯料的待焊缝隙处焊接打底预热，散焦电子束的加速电压控制在65-80KV，散焦电子束的束流控制在105～125mA，扫描速度控制在10-15mm/s，扫描宽度6-12mm。

在步骤4中，散焦电子束的加速电压控制在65-80KV，散焦电子束的束流控制在106～124mA，扫描速度控制在11.2-13.1mm/s，扫描宽度6.1-10.2mm。