一种铌锆合金管的焊接方法与流程

本发明涉及焊接，具体涉及一种铌锆合金管的焊接方法。

背景技术：

1、nb-1zr合金（即铌锆合金）作为一种经典的固溶强化型难熔金属，其在铌基合金体系中具有核心地位。该铌锆合金通过在熔点达2468℃的铌中添加约1wt%的锆，有效平衡了高温强度、加工塑性及环境耐受性，成为航空航天与核能工程等领域不可替代的关键材料。其最显著的优势在于高温强度与韧性的良好协同。然而，铌锆合金的抗氧化性能极差。具体的，在超过400℃的含氧气环境中会发生严重氧化，形成挥发性的疏松氧化物，导致材料迅速失效。

2、当对两个铌锆合金管的对接处进行焊接时，多将两个铌锆合金管移动至充氩箱内进行焊接。采用充氩箱焊接虽能实现全域保护，却受限于充氩箱箱体尺寸与工艺灵活性，难以适用于大型或复杂构件现场焊接，严重制约了该铌锆合金在工程中的推广使用。

3、具体的，当铌锆合金管无法移动时，即铌锆合金管的一端已经安装固定在指定位置，铌锆合金管的另一端为焊接端时，充氩箱无法适配该场景。尤其当两个铌锆合金管对接处所处的空间狭小时，充氩箱更无法适配。对于上述场景，现有的焊接方法无法解决铌锆合金管焊接处被氧化、焊接效果较差问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：对于不可挪动的铌锆合金管，现有的焊接方法会导致铌锆合金管焊接处被氧化、焊接效果差。

2、本发明公开了一种铌锆合金管的焊接方法，适于对第一管和第二管的对接处进行焊接，所述第一管和所述第二管均为铌锆合金管；所述焊接方法具体包括以下步骤：

3、s1、对所述第一管和所述第二管的坡口区域及周边区域进行打磨；其中，所述周边区域为距离对应所述坡口区域的预设距离内的区域，所述预设距离为20mm～30mm；

4、s2、将清洗液均匀涂抹在所述s1步骤中的被打磨区域上；所述清洗液由氢氟酸、硝酸、去离子水组合，氢氟酸、硝酸和去离子水的体积配比为1:3:6；

5、s3、待所述清洗液在所述被打磨区域上停留1min～3min后，使用流动的去离子水冲洗所述第一管和所述第二管的表面，以去除所述清洗液；待冲洗完毕后，将所述被打磨区域浸入无水乙醇中，以进行脱水处理；

6、s4、将所述被打磨区域从所述无水乙醇内取出，并使用惰性气体吹干所述第一管和所述第二管的表面；

7、s5、向所述第一管和所述第二管的内腔持续注入氩气；

8、s6、将所述第一管和所述第二管安装在定位工装的两端，以使所述第一管待焊接端与所述第二管待焊接端对齐，且所述第一管待焊接端与所述第二管待焊接端之间的对接间隙为0mm～0.05mm；

9、s7、将保护工装可拆卸地罩设在所述被打磨区域外，向所述保护工装的内腔持续注入氦气，以使所述被打磨区域置于氦气内；同时，向所述保护工装内的冷却管路注入冷却液；

10、s8、焊枪通过所述保护工装侧壁上的操作窗口对所述第一管与所述第二管之间的待焊接处进行点焊，以对所述第一管与所述第二管进行预固定；

11、s9、待被点焊区域冷却后，将所述定位工装从所述第一管与所述第二管上拆卸下来；

12、s10、所述焊枪通过所述保护工装侧壁上的操作窗口对所述第一管与所述第二管之间的待焊接处进行焊接；

13、s11、待被焊接处冷却后，停止向所述第一管和所述第二管内注入氩气，停止向所述保护工装注入氦气和冷却液；将所述保护工装从所述第一管与所述第二管上拆卸下来。

14、进一步的，在所述s5步骤中，向所述第一管和所述第二管注入的氩气的温度为15℃～20℃；

15、在所述s7步骤中，向所述保护工装内腔注入的氦气的温度为15℃～20℃；向所述冷却管路注入的冷却液为水，其温度为14℃～19℃；

16、在所述s9步骤中，温度检测装置通过所述操作窗口对所述第一管与所述第二管之间的焊接处进行测温，待所述焊接处的温度降至25℃～30℃后，对所述定位工装进行拆卸；

17、在所述s11步骤中，温度检测装置通过所述操作窗口对所述第一管与所述第二管之间的焊接处进行测温，待所述焊接处的温度降至25℃～30℃后，对所述保护工装进行拆卸。

18、进一步的，所述焊枪的喷嘴为陶瓷喷嘴；所述焊枪喷嘴与待焊接表面之间的夹角为70°～80°；

19、在焊接过程中，所述焊枪适于向焊接处喷射氦气，由所述焊枪喷射的氦气的流量为15l/min～25 l/min；

20、向所述保护工装注入的氦气的流量为10l/min～15 l/min；

21、向所述第一管和所述第二管内注入的氩气的流量为15l/min～20l/min。

22、进一步的，所述保护工装包括呈开合式且一侧边相互铰接另一侧边可拆卸连接的第一瓣体和第二瓣体；

23、所述第一瓣体和所述第二瓣体适于在闭合时，围合成一呈柱状的容纳腔；所述容纳腔包括依次连接的第一段、保护段和第二段；

24、所述第一段适于与所述第一管的外周壁过盈配合；所述保护段适于容纳所述被打磨区域；所述第二段适于与所述第二管的外周壁过盈配合；所述保护段的周壁与所述被打磨区域间隔设置；

25、所述第一瓣体或所述第二瓣体上开设有所述操作窗口，所述操作窗口适于与所述保护段相连通；

26、所述第一瓣体包括第一外壳和设置在所述第一外壳内侧的第一内壳；所述第一外壳与所述第一内壳之间形成第一夹层，所述第一夹层内设有由多层50目～150目铜网构成的第一均流层；所述第一内壳上开设有第一透气孔，所述第一透气孔的孔径为1.5mm～2.5mm；所述第一外壳上设有第一进气口；

27、所述第二瓣体包括第二外壳和设置在所述第二外壳内侧的第二内壳；所述第二外壳与所述第二内壳之间形成第二夹层，所述第二夹层内设有由多层50目～150目铜网构成的第二均流层；所述第二外壳上开设有第二透气孔，所述第二透气孔的孔径为1.5mm～2.5mm；所述第二外壳上设有第二进气口；

28、所述冷却管路为至少两个，分别设置在所述第一夹层和所述第二夹层内。

29、进一步的，所述第一进气口设置在所述第一外壳的中上部，所述第二进气口设置在所述第二外壳的中上部；

30、所述冷却管路的进水端延伸至所述第一外壳或所述第二外壳外，适于通过对应软管和循环泵与水箱相连；所述冷却管路的出水端延伸至所述第一外壳或所述第二外壳外，适于通过对应软管与所述水箱相连；所述水箱内设有制冷装置；

31、所述保护段的周壁与所述被打磨区域之间的间距为10mm～15mm；

32、所述操作窗口沿所述第一瓣体的轴向延伸，所述操作窗口在所述第一瓣体轴向上的长度为所述第一瓣体轴长的1/3～1/2。

33、进一步的，所述第一外壳的两端分别设有第一盖板，所述第一内壳的两端分别与对应的所述第一盖板相连，所述第一内壳的两侧边通过对应的第一侧板与所述第一外壳相连；

34、所述第二外壳的两端分别设有第二盖板，所述第二内壳的两端分别与对应的所述第二盖板相连，所述第二外壳的两侧边通过对应的第二侧板与所述第二内壳相连；

35、所述第一盖板的内圈和对应的所述第二盖板的内圈适于在所述第一瓣体和所述第二瓣体闭合时，围合成所述第一段或所述第二段。

36、进一步的，所述第一瓣体上开设有适于与所述容纳腔相连通的第一窗口；所述第二瓣体上开设有适于与所述容纳腔相连通的第二窗口；

37、所述第一外壳的外周壁上开设有第一滑槽，所述第二外壳的外周壁上开设有第二滑槽；所述第一滑槽和所述第二滑槽适于在所述第一瓣体和所述第二瓣体闭合时，围合成环槽；

38、所述第二瓣体还包括与所述第一滑槽滑动连接的第一滑盖，所述第二瓣体还包括与所述第二滑槽滑动连接的第二滑盖；

39、所述第二滑盖的一端与所述第一滑盖的一端适于在所述第一瓣体和所述第二瓣体闭合时可拆卸连接，以构成具有缺口的滑环，所述滑环适于与所述环槽相配合；所述缺口适于与所述第一窗口或所述第二窗口相连通，以构成所述操作窗口。

40、进一步的，所述定位工装包括匚形框架、第一抱箍和第二抱箍；

41、所述匚形框架包括主板和分别设置在所述主板两端的第一连接板与第二连接板；

42、所述第一连接板远离所述主板的一侧设有第一配合缺口，所述第二连接板远离所述主板的一侧设有第二配合缺口；

43、所述第一抱箍包括第一主抱箍和第一副抱箍；

44、所述第一主抱箍上设有与所述第一配合缺口相配合的第一定位凸起；所述第一定位凸起的内侧同轴设置有第一定位槽；

45、所述第一主抱箍和所述第一副抱箍适于通过螺栓安装在所述第一连接板上，以对置于所述第一定位槽内的第一管进行固定，且所述第一主抱箍与所述第一副抱箍间隔设置；

46、所述第二抱箍包括第二主抱箍和第二副抱箍；

47、所述第二主抱箍上设有与所述第二配合缺口相配合的第二定位凸起；所述第二定位凸起的内侧同轴设置有第二定位槽；

48、所述第二主抱箍和所述第二副抱箍适于通过螺栓安装在所述第二连接板上，以对置于所述第二定位槽内的第二管进行固定，且所述第二主抱箍与所述第二副抱箍间隔设置。

49、进一步的，所述匚形框架的主板上开设有避让口，所述避让口适于暴露所述定位工装，并与所述操作窗口相连通。

50、进一步的，在所述s8步骤中，被点焊处将待焊接处分隔成多段待焊接焊道；

51、在所述s10步骤中，所述焊枪采用分段焊接方式，完成一段待焊接焊道的焊接后，待焊缝温度降至预设冷却温度，再进行下一段待焊接焊道的焊接；

52、所述焊枪与焊机相连；在所述s10步骤中，所述焊机脉冲电流的基值为30a，单个所述基值的持续时间为0.15秒；在所述s10步骤中，所述焊机脉冲电流的峰值为80a，单个所述峰值的持续时间为0.15秒；

53、在所述s10步骤中，所述焊枪的焊接速度需保持在1.5mm/s～2mm/s。

54、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

55、本技术的焊接方法操作简单、适用于不可挪动的铌锆合金管，使用灵活，焊接效果良好；

56、通过设置保护工装以使铌锆合金管的待焊接处置于惰性气体内，以提高铌锆合金管的焊接效果；

57、通过保护工装与定位工装的配合，以保证良好的焊接效果，且便于快速拆装；

58、通过滑环和环槽之间的配合，无需频繁地拆卸第一瓣体与第二瓣体、无需频繁地转动保护工装，简化操作，提高工作效率。

59、以上关于本揭示内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步之解释。