铼钛异种金属直接电子束焊优化技术

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：装配焊接前，钛和铼管接头均用丙酮清洗去除油脂，在真空室中，进行电子束焊。图4-2-35 铼-钛电子束焊焊接接头电子束焊接头的性能具有复合过渡层铼-钛电子束焊接头形貌，如图4-2-37所示。中间部分为铼管，两端为7715D钛合金。焊接接头经X射线探伤合格，没有发现裂纹及其他超标缺陷。使用氮气进行气密性试验合格，试验压力2MPa，保压15min，焊缝没有发生泄漏。

铼钛物理性能和结晶体化学性能差异大，固溶度低，焊缝容易形成金属间化合物。由铼-钛相图4-2-33可知，在焊缝中靠铼侧熔合区会产生Ti₅Re₂₄化合物；靠近钛侧含有10%～15%铼（质量分数）的淬火组织中则生成ω脆性相；使接头的塑韧性下降，导致产生裂纹。铼钛EBW必须采用了以下技术措施：在接合面制备中间过渡层以抑制脆性相产生；铼-钛两者的熔点（Re 3453K，Ti1800K）和比热不同，需控制接头两侧的热输入，保证两者可靠熔化，以形成对称的熔核或控制焊缝金属的熔合比。

（1）过渡层合金的设计铼钛焊接中间过渡层合金的选用遵循以下原则：

1）应与铼、钛形成固溶体，能有效抑制Ti₅Re₂₄化合物。

2）中间过渡层材料的熔点应介于铼钛熔点之间，其原子半径、电负性等方面比较接近，选择处于周期表中ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB族的元素。

3）基于铼钛、铼钼相图分析，确定中间过渡层钼-铼-钛三元合金系。

4）基于试验分析确定复合过渡层合金铼-钼-钛的比例：铼25%～30%、钼55%～60%、钛10%～20%。

（2）复合过渡层制备将配置的Re、Mo、Ti合金粉末用有机粘结剂涂敷在钛合金上，干燥固化后，进行真空电子束熔炼，直接在钛合金基体制备复合过渡层。真空电子束自动控制熔炼制备焊接参数为：加速电压50kV，束流15～25mA，聚焦电流500mA；加热时间1～3min，速度150mm/min，电子枪真空度2.2×10^-3Pa，真空室真空度2.2×10^-3Pa。束流加载曲线如图4-2-34所示。

图4-2-33 铼-钛相图

图4-2-34 束流加载曲线

a）束流加载 b）分束扫描熔炼

复合过渡层的熔炼过程分三个阶段：预热、加热和稳定化处理。0～t₁时间内，预热；小束流加热，防止粉末金属大量飞溅；t₁～t₂时间内，大束流加热，过渡层金属粉末全部熔化；t₂～t₃时间，减小束流，成分均匀处理；预热束流4～5mA，预热时间30s，熔炼束流15～25mA，熔炼加热时间1～3min，均匀化处理束流5～10mA，均匀化处理时间0.5～1min；电子束扫描熔炼速度140～160mm/min。

（3）接头设计根据接头装配尺寸要求，对Ti棒端的Re-Mo-Ti熔敷层进行精密加工，铼管内孔研磨加工，再将两者组装在一起，Ti/过渡层/Re焊接接头如图4-2-35所示。装配焊接前，钛和

铼管接头均用丙酮清洗去除油脂，在真空室中，进行电子

束焊。

（4）电子束焊工艺主要工艺如下：

1）电子束焊的焊接参数为：加速电压60kV，聚焦电流598mA，焊接速度9.89mm/s，真空度2.2×10^-3Pa，真空室真空度2.2×10^-3Pa，预热束流4～5mA，预热时间8s，焊接束流16mA，焊接时间4s。

2）控制铼-钛接头两侧的热输入比为9∶1。热输入分配如图4-2-36所示。

图4-2-35 铼-钛电子束焊焊接接头

（5）电子束焊接头的性能具有复合过渡层铼-钛电子束焊接头形貌，如图4-2-37所示。中间部分为铼管，两端为7715D钛合金。

图4-2-36 铼-钛接头两侧的热输入控制

图4-2-37 具有复合过渡层的铼-钛电子束焊焊接接头

焊后对铼-钛焊接接头进行真空热处理，改善接头性能，在真空炉中1323K温度下保温60min随炉冷却。焊接接头经X射线探伤合格，没有发现裂纹及其他超标缺陷。使用氮气进行气密性试验合格，试验压力2MPa，保压15min，焊缝没有发生泄漏。水压试验合格，压力3MPa，保压15min，焊缝没有发生泄漏。铼-钛焊接接头的强度为CVD铼的强度的94%，满足设计技术指标。

铼钛异种金属直接电子束焊优化技术

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