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CN106695106A - 一种真空电子束焊接方法及其在水电用钢焊接中的应用 - Google Patents

一种真空电子束焊接方法及其在水电用钢焊接中的应用 Download PDF

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CN106695106A
CN106695106A CN201611129671.3A CN201611129671A CN106695106A CN 106695106 A CN106695106 A CN 106695106A CN 201611129671 A CN201611129671 A CN 201611129671A CN 106695106 A CN106695106 A CN 106695106A
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steel
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肖丰强
王东坡
胡文彬
邓彩艳
邸新杰
吴世品
李哲
李一哲
张彦燊
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开一种真空电子束焊接方法及其在水电用钢焊接中的应用，按照表面处理、组合、真空电子束散焦吹扫、真空电子束预热焊接、真空电子束熔焊、真空电子束局部热处理和保真空缓冷。针对两块水电用钢的真空电子束焊接，焊接效率高，焊接性能稳定，焊接质量优异，焊缝质量满足GJB 1718‑2005 I级要求，焊缝接头的强度系数≥0.91，能够完全满足大厚度水电用钢坯的焊接，可以推广使用到其他材料焊接性差、焊接工艺复杂和工作量大的大尺寸部件焊接上。

Description

一种真空电子束焊接方法及其在水电用钢焊接中的应用
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。
步骤5，真空电子束熔焊，在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接，加速电压70-80KV，聚焦电流为2200～2350mA，电子束流为300～400mA，焊接速度为6-10mm/s，扫描幅值1-3mm(即电子束在焊缝所在平面的X轴方向的扫描摆幅与电子束在焊缝所在平面的Y轴方向的扫描摆幅相等)；
在步骤5中，加速电压70-80KV，聚焦电流为2210～2330mA，电子束流为310～390mA，焊接速度为6.1-9.1mm/s，扫描幅值1.3-2.6mm。
步骤6，真空电子束局部热处理，加速电压50-60KV，电子束流为90～120mA，扫描速度控制在12-16mm/s，电子束在焊缝所在平面的X轴方向的扫描摆幅为10mm-20mm，Y轴方向的扫描摆幅为25-40mm。
在步骤6中，加速电压55-60KV，电子束流为97～116mA，扫描速度控制在12.3-15.1mm/s，电子束在焊缝所在平面的X轴方向的扫描摆幅为11mm-20mm，Y轴方向的扫描摆幅为25-40mm，如附图1和2所示，沿X轴方向的扫描摆幅为电子束的左右摆幅，沿Y轴方向的扫描摆幅为电子束的前后摆幅。
步骤7，保真空缓冷，焊接完毕后继续保真空30min以上，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料，吊运至炉温260-350℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
在步骤3、4、5和6中，电子束焊枪的线圈距工件距离为300—550mm，优选310-530mm。
使用上述电子束焊接方法对水电用钢焊接中的应用。
水电用钢的化学成份按重量百分比如下：C≤0.058％，Si≤0.18％，Mn 0.90-1.18％，P≤0.0058％，S≤0.0031％，Cr 0.23-0.43％，Mo 0.31-0.49％，Ni≤0.16％，Cu≤0.17-0.37％，V≤0.028％，Nb 0.027-0.039％，Ti 0.013-0.020％，B≤0.0011-0.0028％，Als(酸溶铝)0.16-0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.05％，Si 0.17％，Mn 1.11％，P0.0056％，S 0.0019％，Cr 0.41％，Mo 0.47％，Ni 0.14％，Cu 0.36％，V 0.026％，Nb0.037％，Ti 0.019％，B 0.0027％，Als(酸溶铝)0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.041％，Si 0.16％，Mn 1.01％，P0.0051％，S 0.0017％，Cr 0.37％，Mo 0.41％，Ni 0.12％，Cu 0.31％，V 0.024％，Nb0.034％，Ti 0.017％，B 0.0021％，Als(酸溶铝)0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.031％，Si 0.14％，Mn 0.97％，P0.0043％，S 0.0016％，Cr 0.31％，Mo 0.37％，Ni 0.11％，Cu 0.29％，V 0.021％，Nb0.031％，Ti 0.016％，B 0.0019％，Als(酸溶铝)0.18％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.027％，Si 0.13％，Mn 0.93％，P0.0041％，S 0.0014％，Cr 0.30％，Mo 0.36％，Ni 0.09％，Cu 0.27％，V 0.019％，Nb0.029％，Ti 0.014％，B 0.0014％，Als(酸溶铝)0.17％，余量为Fe及不可避免的杂质。
与现有技术相比，本发明提供一种真空电子束焊接工艺，能够完全满足大厚度水电用钢坯的焊接，提供了全新的焊接参数，保证了焊缝熔深≥36mm，能够有效控制焊接裂纹产生，满足水电用钢坯焊后轧制过程中的稳定性要求。
本发明的有益效果为：采用本发明所述真空电子束工艺实现了厚度200-400mm、宽度1860-2200mm、长度2600-4100mm水电用钢坯的焊接，焊接效率高，焊接性能稳定，焊接质量优异，焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测(参照标准GB/T228金属材料室温拉伸试验方法进行抗拉强度测试)，焊缝接头的强度系数≥0.91(焊缝接头强度/母材强度)，焊接成型的由两块水电用钢坯料组成的水电用钢料可进一步作为原料进行后续水电用钢坯焊后的轧制。
本发明的技术方案替代了生产效率低、焊接变形大、焊接质量难保证、消耗大、劳动条件差、施焊难度大的传统熔焊，具有焊接速度快，焊缝及结合面纯净度高，焊接变形与残余应力小，返修几率少，制造周期短，成本低的优势，可以推广使用到其他材料焊接性差、焊接工艺复杂和工作量大的大尺寸部件焊接上。
附图说明
图1是本发明真空电子束焊接工装结构及焊接轨迹示意图。
图2是本发明真空电子束焊接中焊缝所在平面的结构和方向示意图。
图中，1—水电钢坯料，1-1为位于下方的水电钢坯料，1-2为位于上方的水电钢坯料，2—电子束，3—焊接轨迹，4—焊缝，5—真空室。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。使用的水电钢坯料为山东钢铁集团有限公司生产。
实施例1
本实施例采用两块200mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢坯料，经真空电子束焊接，制备394±2mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，用于轧制生产特厚钢板。
所述水电用钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.05％，Si 0.17％，Mn 1.11％，P0.0056％，S 0.0019％，Cr 0.41％，Mo 0.47％，Ni 0.14％，Cu 0.36％，V 0.026％，Nb0.037％，Ti 0.019％，B 0.0027％，Als 0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的真空电子束焊接工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理：将两块坯料水平放置，通过大型龙门铣床进行机加工，完全去除钢板表面的氧化铁皮，加工后的钢板表面全部露出新鲜金属，表面粗糙度1.9um。坯料的横截面、纵截面也要进行铣削，直至全部露出新鲜金属，并保证两块坯料的长度差、宽度差≤1mm。然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。
(2)组合：将一块坯料水平放置，新鲜金属面朝上，另一块用夹钳吊起，新鲜金属面朝下叠放在第一块坯料上面。两块坯料组齐对正，结合面间隙0.21mm，错边量0.16mm。然后采用手工电弧焊接，焊条经过103℃烘焙66min，在坯料长度方向和宽度方向每边各焊接1段，对称布置，每段长度55mm，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。
(3)真空电子束散焦吹扫：组合后坯料运至水平轨道，平移进真空室，关闭密封面，抽真空，直至真空度达到4.6×10-2Pa。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0.9mm，散焦电子束的加速电压控制在46KV，散焦电子束的束流控制在58mA，扫描速度控制在16.3mm/s，进一步去除焊缝附近水分及油污等杂质。
(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70KV，散焦电子束的束流控制在110mA，扫描速度控制在12.1mm/s，扫描宽度6.3mm。
(5)真空电子束熔焊：在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接。加速电压70KV，聚焦电流为2230mA，电子束流为320mA，焊接速度为8.9mm/s，扫描幅值1.4mm。
(6)真空电子束局部热处理：线圈距工件距离520mm，加速电压50KV，电子束流为99mA，扫描速度控制在14.9mm/s，电子束在X轴方向的扫描摆幅为12mm，Y轴方向的扫描摆幅为26mm。
(7)保真空缓冷：焊接完毕后继续保真空36min，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料，吊运至炉温270℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
采用本发明所述真空电子束工艺实现了两块200mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢坯料的真空电子束焊接，制成了394±2mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测，焊缝接头的强度系数0.93。
实施例2
本实施例采用两块300mm×2200mm×4000mm(厚×宽×长)水电钢坯料，经真空电子束焊接，制备593±3mm×2200mm×4000mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，用于轧制生产特厚钢板。
所述水电用钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.041％，Si 0.16％，Mn 1.01％，P0.0051％，S 0.0017％，Cr 0.37％，Mo 0.41％，Ni 0.12％，Cu 0.31％，V 0.024％，Nb0.034％，Ti 0.017％，B 0.0021％，Als 0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的真空电子束焊接工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理：将两块坯料水平放置，通过大型龙门铣床进行机加工，完全去除钢板表面的氧化铁皮，加工后的钢板表面全部露出新鲜金属，表面粗糙度2.1um。坯料的横截面、纵截面也要进行铣削，直至全部露出新鲜金属，并保证两块坯料的长度差、宽度差≤1mm。然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。
(2)组合：将一块坯料水平放置，新鲜金属面朝上，另一块用夹钳吊起，新鲜金属面朝下叠放在第一块坯料上面。两块坯料组齐对正，结合面间隙0.26mm，错边量0.20mm。然后采用手工电弧焊接，焊条经过110℃烘焙70min，在坯料长度方向和宽度方向每边各焊接1段，对称布置，每段长度60mm，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。
(3)真空电子束散焦吹扫：组合后坯料运至水平轨道，平移进真空室，关闭密封面，抽真空，直至真空度达到4.3×10-2Pa。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1.0mm，散焦电子束的加速电压控制在50KV，散焦电子束的束流控制在60mA，扫描速度控制在15.1mm/s，进一步去除焊缝附近水分及油污等杂质。
(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70KV，散焦电子束的束流控制在116mA，扫描速度控制在11.7mm/s，扫描宽度8.2mm。
(5)真空电子束熔焊：在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接。加速电压80KV，聚焦电流为2300mA，电子束流为360mA，焊接速度为7.4mm/s，扫描幅值2.2mm。
(6)真空电子束局部热处理：线圈距工件距离370mm，加速电压60KV，电子束流为113mA，扫描速度控制在13.6mm/s，电子束在X轴方向的扫描摆幅为16mm，Y轴方向的扫描摆幅为33mm。
(7)保真空缓冷：焊接完毕后继续保真空43min，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料，吊运至炉温300℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
采用本发明所述真空电子束工艺实现了两块300mm×2200mm×4000mm(厚×宽×长)水电钢坯料的真空电子束焊接，制成了593±3mm×2200mm×4000mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测，焊缝接头的强度系数0.92。
实施例3
本实施例采用两块400mm×1860mm×2600mm(厚×宽×长)水电钢坯料，经真空电子束焊接，制备791±3mm×1860mm×2600mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，用于轧制生产特厚钢板。
所述水电用钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.031％，Si 0.14％，Mn 0.97％，P0.0043％，S 0.0016％，Cr 0.31％，Mo 0.37％，Ni 0.11％，Cu 0.29％，V 0.021％，Nb0.031％，Ti 0.016％，B 0.0019％，Als 0.18％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的真空电子束焊接工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理：将两块坯料水平放置，通过大型龙门铣床进行机加工，完全去除钢板表面的氧化铁皮，加工后的钢板表面全部露出新鲜金属，表面粗糙度2.7um。坯料的横截面、纵截面也要进行铣削，直至全部露出新鲜金属，并保证两块坯料的长度差、宽度差≤1mm。然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。
(2)组合：将一块坯料水平放置，新鲜金属面朝上，另一块用夹钳吊起，新鲜金属面朝下叠放在第一块坯料上面。两块坯料组齐对正，结合面间隙0.31mm，错边量0.28mm。然后采用手工电弧焊接，焊条经过120℃烘焙76min，在坯料长度方向和宽度方向每边各焊接1段，对称布置，每段长度56mm，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。
(3)真空电子束散焦吹扫：组合后坯料运至水平轨道，平移进真空室，关闭密封面，抽真空，直至真空度达到3.2×10-2Pa。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1.1mm，散焦电子束的加速电压控制在50KV，散焦电子束的束流控制在70mA，扫描速度控制在14.9mm/s，进一步去除焊缝附近水分及油污等杂质。
(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80KV，散焦电子束的束流控制在120mA，扫描速度控制在11.5mm/s，扫描宽度9.1mm。
(5)真空电子束熔焊：在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接。加速电压80KV，聚焦电流为2310mA，电子束流为370mA，焊接速度为6.8mm/s，扫描幅值2.4mm。
(6)真空电子束局部热处理：线圈距工件距离340mm，加速电压60KV，电子束流为114mA，扫描速度控制在12.9mm/s，电子束在X轴方向的扫描摆幅为18mm，Y轴方向的扫描摆幅为36mm。
(7)保真空缓冷：焊接完毕后继续保真空46min，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料，吊运至炉温310℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
采用本发明所述真空电子束工艺实现了两块400mm×1860mm×2600mm(厚×宽×长)水电钢坯料的真空电子束焊接，制成了791±3mm×1860mm×2600mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，焊缝质量满足GJB 1718-2005I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测，焊缝接头的强度系数0.94。
实施例4
本实施例采用两块400mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢坯料，经真空电子束焊接，制备790±4mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，用于轧制生产特厚钢板。
所述水电用钢坯的化学成分按重量百分比为：C 0.027％，Si 0.13％，Mn 0.93％，P0.0041％，S 0.0014％，Cr 0.30％，Mo 0.36％，Ni 0.09％，Cu 0.27％，V 0.019％，Nb0.029％，Ti 0.014％，B 0.0014％，Als 0.17％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述水电用钢的真空电子束焊接工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理：将两块坯料水平放置，通过大型龙门铣床进行机加工，完全去除钢板表面的氧化铁皮，加工后的钢板表面全部露出新鲜金属，表面粗糙度3.0um。坯料的横截面、纵截面也要进行铣削，直至全部露出新鲜金属，并保证两块坯料的长度差、宽度差≤1mm。然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。
(2)组合：将一块坯料水平放置，新鲜金属面朝上，另一块用夹钳吊起，新鲜金属面朝下叠放在第一块坯料上面。两块坯料组齐对正，结合面间隙0.37mm，错边量0.39mm。然后采用手工电弧焊接，焊条经过130℃烘焙80min，在坯料长度方向和宽度方向每边各焊接1段，对称布置，每段长度70mm，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。
(3)真空电子束散焦吹扫：组合后坯料运至水平轨道，平移进真空室，关闭密封面，抽真空，直至真空度达到3.4×10-2Pa。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1.1mm，散焦电子束的加速电压控制在50KV，散焦电子束的束流控制在70mA，扫描速度控制在14.5mm/s，进一步去除焊缝附近水分及油污等杂质。
(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80KV，散焦电子束的束流控制在123mA，扫描速度控制在11.4mm/s，扫描宽度9.7mm。
(5)真空电子束熔焊：在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接。加速电压80KV，聚焦电流为2328mA，电子束流为380mA，焊接速度为6.4mm/s，扫描幅值2.5mm。
(6)真空电子束局部热处理：线圈距工件距离330mm，加速电压60KV，电子束流为115mA，扫描速度控制在12.5mm/s，电子束在X轴方向的扫描摆幅为19mm，Y轴方向的扫描摆幅为38mm。
(7)保真空缓冷：焊接完毕后继续保真空50min，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料，吊运至炉温330℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
采用本发明所述真空电子束工艺实现了两块400mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢坯料的真空电子束焊接，制成了790±4mm×2200mm×4100mm(厚×宽×长)水电钢复合坯料，焊缝质量满足GJB 1718-2005 I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测，焊缝接头的强度系数0.92。
针对上述实施例采用的四种水电用钢，在本发明内容公开的技术参数中进行选择和匹配施工，均可实现与实施例基本一致的焊接效果，即实现两块水电钢坯料的真空电子束焊接成型，焊缝质量满足GJB 1718-2005 I级要求，对焊缝接头取样并进行强度检测，焊缝接头的强度系数在0.91以上。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空电子束焊接方法，其特征在于，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；
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；
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；
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；
步骤5，真空电子束熔焊，在打底预热后，采用下聚焦圆波电子束对两块待焊坯料之间的焊缝进行深溶焊接，加速电压70-80KV，聚焦电流为2200～2350mA，电子束流为300～400mA，焊接速度为6-10mm/s，扫描幅值1-3mm；
步骤6，真空电子束局部热处理，加速电压50-60KV，电子束流为90～120mA，扫描速度控制在12-16mm/s，电子束在焊缝所在平面的X轴方向的扫描摆幅为10mm-20mm，Y轴方向的扫描摆幅为25-40mm；
步骤7，保真空缓冷，焊接完毕后继续保真空30min以上，进一步降低焊缝处的冷却速度，然后再破真空运出坯料。
2.根据权利要求1所述的一种真空电子束焊接方法，其特征在于，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；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。
3.根据权利要求1所述的一种真空电子束焊接方法，其特征在于，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；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；在步骤5中，加速电压70-80KV，聚焦电流为2210～2330mA，电子束流为310～390mA，焊接速度为6.1-9.1mm/s，扫描幅值1.3-2.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种真空电子束焊接方法，其特征在于，在步骤6中，加速电压55-60KV，电子束流为97～116mA，扫描速度控制在12.3-15.1mm/s，电子束在焊缝所在平面的X轴方向的扫描摆幅为11mm-20mm，Y轴方向的扫描摆幅为25-40mm，沿X轴方向的扫描摆幅为电子束的左右摆幅，沿Y轴方向的扫描摆幅为电子束的前后摆幅。
5.根据权利要求1所述的一种真空电子束焊接方法，其特征在于，在步骤3、4、5和6中，电子束焊枪的线圈距工件距离为300—550mm，优选310-530mm。
6.如权利要求1—5之一所述的电子束焊接方法在水电用钢焊接中的应用，其特征在于，水电用钢的化学成份按重量百分比如下：C≤0.058％，Si≤0.18％，Mn 0.90-1.18％，P≤0.0058％，S≤0.0031％，Cr 0.23-0.43％，Mo 0.31-0.49％，Ni≤0.16％，Cu≤0.17-0.37％，V≤0.028％，Nb 0.027-0.039％，Ti 0.013-0.020％，B≤0.0011-0.0028％，Als(酸溶铝)0.16-0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质；在破真空运出坯料后，吊运至炉温260-350℃的台车式加热炉中，进行加热、轧制，用以生产水电用大单重大厚度钢板。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.05％，Si 0.17％，Mn 1.11％，P 0.0056％，S 0.0019％，Cr 0.41％，Mo 0.47％，Ni0.14％，Cu 0.36％，V 0.026％，Nb 0.037％，Ti 0.019％，B 0.0027％，Als(酸溶铝)0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.041％，Si 0.16％，Mn 1.01％，P 0.0051％，S 0.0017％，Cr 0.37％，Mo 0.41％，Ni0.12％，Cu 0.31％，V 0.024％，Nb 0.034％，Ti 0.017％，B 0.0021％，Als(酸溶铝)0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.031％，Si 0.14％，Mn 0.97％，P 0.0043％，S 0.0016％，Cr 0.31％，Mo 0.37％，Ni0.11％，Cu 0.29％，V 0.021％，Nb 0.031％，Ti 0.016％，B 0.0019％，Als(酸溶铝)0.18％，余量为Fe及不可避免的杂质。
10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述水电用钢的化学成分按重量百分比为C 0.027％，Si 0.13％，Mn 0.93％，P 0.0041％，S 0.0014％，Cr 0.30％，Mo 0.36％，Ni0.09％，Cu 0.27％，V 0.019％，Nb 0.029％，Ti 0.014％，B 0.0014％，Als(酸溶铝)0.17％，余量为Fe及不可避免的杂质。
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