真空工程用焊接技术.pdfVIP

十四讲：真空工程用焊接技术 张以忱 (东北大学，辽宁沈阳) /ShowArticle.aspx?id=9660 1 空技术对焊接工艺的要求 在 空设备和 空器件的制造加工中，经常采用各种不同的焊接、封接工艺。将各种形状的零部件和 不同的材料用不同的焊封接方法连接在一起。要求焊接处必须满足下列要求。 ①保证良好的气密性。焊缝的 空密封性要达到允许的气体密封性能(或漏气率)的要求。 ②焊缝要有一定的机械强度，保证设备的安全正常运行； ③焊缝应有利于获得光滑的真空清洁”加工表面; 超高真空与极高 空设备上的零部件，应能承受400c 的烘烤。 2 空工程焊接的分类 空焊接属于 空连接技术中的永久性连接，一般可分为熔化焊、压力焊、真空钎焊等几种类型。焊 接方法的选择不仅决定于金属材料本身，而且决定于零件形状和接头的作用。真空容器内的零件，主要考 虑的是接头强度，真空系统的壳体主要考虑的是接头的密封性。 2 ．1 熔化焊 熔化焊是靠对要焊接的材料加热熔化使其接触表面熔焊在一起。 空技术中所用的熔焊工艺有：①气 焊；②手工电弧焊；③氩弧焊； 电子束焊；⑤激光束焊等。 气焊是在氧一乙炔火焰内使金属零件熔封在一起的焊接，它广泛用于基体材料之间连接。由于金属在 熔化时会放出气体和发生氧化，接头比较疏松多孔，因而这种焊接技术仅适用于粗 空零件的密封焊接。 普通手工电弧焊，在焊接时其焊缝处没有惰性气体保护，容 出现氧化、气孔等焊接缺陷，一般仅用 于普通碳钢材料的低 空零部件的焊接。 2 ．2 真空钎焊 真空钎焊是在真空环境中由高温液态焊料在毛细力作用下填满被焊接的固态基金属(钎焊金属或简称 基金属)间的间隙，而使被钎焊的金属达到绔合的一种连接工艺方法。 钎焊与其他焊接方法比较．具有变形小、基金属性能变小、可同时完成多个零件的连接，并可连接不 同的金属等优点。 2 ．3 压力焊 压力焊是靠压力使欲焊接材料的接触表面熔焊在一起，不用过渡金属。压力焊主要分电阻焊和扩散焊。 电阻焊是用铜电极把两个金属零件小的表面积压紧在一起，然后通大电流靠接触点电阻实现熔封的焊接， 这种电阻焊通常称为点焊，广泛用于真空室内零件的焊接。焊接点牢固，没有污染，不影响真空系统达到 超高 空。缝焊是点焊的发展形式，可用来焊接厚度小于2mm 的迭片金属零件，而且接头很牢固。 扩散焊接是在 空或保护气氛(氢、氩等)的保护下，使两个平整光洁的焊接表面在温度和压力的同时 作用下，发生微观塑性流变后相互紧密接触，原子相互扩散，经一段时间保温，使焊接区的成分、组织均 匀化，达到完全的冶金连接过程。由此可见，扩散焊主要是依靠焊接表面微观塑性流变后．达到紧密接触， 使原子相互大量扩散而实现焊接的。 3. 氩弧焊 氩弧焊是电弧焊的一种，它是以氩气作为保护气体的电弧焊。由于焊缝受到氩气的保护，所以焊缝质 量比较高，同时又由于热源集中所以焊接时的热影响区小，工件变形小，保证了工件的气密性和机械 强度。 氩弧焊适用于焊接高强度合金钢、有色难熔和化学性质活泼的金属及其合金，也可用于异种金属的焊 接。在 空工程中常用氩弧焊来焊接超高真空系统的不 钢容器、管道阀门、波纹管连接件以及电 空器 件的壳体连接件等。 氩弧焊分为不熔化电极氩弧焊和熔化电极氩弧焊， 空技术中大多采用不熔化电极的氩弧焊。氩弧焊 焊枪的结构为：中心为钨杆电极，外面是通氩气的陶瓷保护管。焊接时以钨杆作负极，以工件作为阳极。 电弧大小决定于焊接尺寸。因为是局部加热焊接，所以焊接后应退火消除应力，并且必须用机械方法矫正 变形。虽然接头没有发生氧化，但是接头以外没有受气流保护的金属部分仍有可能发生了轻微氧化，因此 容 氧化的金属例如钼和钽等必须在充氩的罩内进行弧焊。工件缓慢移动可以进行边缘缝焊，焊接铝零件 时，应采用交流弧焊。超高 空技术要求弧焊接头不应包含贮存空气的小体积和在真空侧的污染阱。 3 ．1 氩弧焊的接头形式 3 ．1．1 电弧焊接头的设计 表1 给出各种电弧焊接头设计得正确与不正确的实例。 3 ．1．2 同种材料的接头形式 常用的这种接头结构有真空管道和法兰的连接、管道之间的连接、波纹管与法兰的连