一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板真空爆炸焊接工艺的制作方法

1.本发明属于爆炸焊接技术领域，具体涉及一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺。


背景技术：

2.热核聚变装置和聚变发电实验堆经常需要超厚超宽高质量双金属复合板，由于应用环境的特殊性，要求该复合板内部无裂纹、气孔，并且具有高气密性。采用爆炸焊接具有焊接质量高、结合界面可达冶金结合等优点。但由于大于25mm厚度的复合板的爆炸焊接工艺难度极大，即使是通过工艺调整实现了爆炸焊接，其焊接质量也不高，其界面常常存在气孔、微裂纹等各类缺陷，或者界面氦气检漏不过关，达不到应用要求。
3.经过数值模拟分析和金相分析，发现该类气孔存在的主要原因是：1、覆板一般是有色金属，表面化学性比较活跃，表面经常吸附有不易去除的微量氧分子及其金属氧化物。在普通常规薄板的爆炸焊接过程中，由于爆轰波强烈的驱动作用，将薄板表面吸附的微量空气进行了逐次挤压，形成了有效的排气，促进了界面的爆炸焊接质量，表面吸附气体分子对焊接质量影响不明显。但是超厚板的爆炸驱动运动速度较薄板的驱动更为缓慢，因此在爆轰驱动末端的碰撞速度远不及普通薄板，其倾斜碰撞角度也不及薄板，部分表面氧分子和金属氧化物排除的不够，被挤压吸附在基、覆板界面，严重影响了该界面焊接质量。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，确保复合板的焊合面结合强度大于双母材中强度较弱材料的强度，结合界面为高质量焊合，无气孔微裂纹存在，满足高气密性要求。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺的步骤具体包括：
7.1)在工厂预处理区，基板、覆板经过表面处理后，采用喷涂方法，在基板、覆板表面覆盖金属活化层；
8.2)基板、覆板外部均装配好，中间放置间隙片；
9.3)基板、覆板外部均采用不锈钢薄板包套包裹，并封焊，形成真空包套；
10.4)在真空包套两侧焊接抽气管和单向阀；
11.5)将抽气管连接真空泵，发动真空泵，抽出基板、覆板间隙中的空气；
12.6)关闭单向阀，移除真空泵，将基板、覆板连同包套一起移送至爆炸场，在包层最上方布设炸药；
13.7)点爆炸药，形成高质量焊接界面。
14.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺中步骤1)采用的喷涂方法为爆炸喷涂法。
15.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，步骤1)中覆盖的金属
活化层厚度为1μm。
16.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺中的覆板厚度h≥25mm，基板厚度≥1.2h，宽度＞1m。
17.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，步骤1)中的金属活化层是：镍、铬或镍、铬合金金属层。
18.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，步骤3)中的不锈钢薄板包套采用304或316l不锈钢薄板。
19.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，步骤5)中抽出基板、覆板间隙中的空气后，使其真空度《1
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pa.m3。
20.所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺中，使用的炸药为低爆速乳化炸药。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，保证了复合板的高质量焊接。该工艺焊接的复合板的界面结合质量非常高，完全没有气孔和微裂纹的存在，焊合面结合强度符合双金属固相冶金结合的强度规律，可满足核聚变装置对复合板焊接质量要求。
附图说明
22.图1是本技术的爆炸焊接装置的示意图；
23.图2是本技术的高质量焊接界面金相图；
24.图3是普通爆炸焊接工艺对厚板焊接影响示意图；
25.图4是普通爆炸焊工艺中cu/fe界面中夹杂孔洞金相照片。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
27.实施例1
28.基板为不锈钢板，厚度为120mm，长宽为2m
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1m；覆板为铬锆铜板，厚度为25mm，长宽为2m
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1m，焊接界面质量要求高，其焊接界面不得存在气孔、裂纹，具体焊接工艺步骤如下：
29.1)在工厂预处理区，基板、覆板经过打磨或拉丝机将其表面氧化层处理干净后，采用爆炸喷涂方法，在基、覆板表面覆盖一层1μm的金属活化层、如镍、铬金属或者镍、铬合金层。
30.2)将不锈钢板置于厂区干燥无尘操作面上，再在其上表面均匀放置铜间隙，由于覆板较厚，铜间隙应该采用厚度超过4mm铜制作，铜间隙的高度为35mm；再将铜板置于间隙上。确保两板间隙均匀；
31.3)基板、覆板外部均采用不锈钢薄板包覆裹紧，并从侧面采用氩弧焊封焊为一个整体，形成真空包套。
32.4)在真空包套一侧焊接抽气管和单向阀，形成抽气通道，如图1所示。
33.5)将抽气管连接真空泵，启动真空泵，抽出基板、覆板间隙中的空气，使其真空度《1
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pa.m3。
34.6)关闭单向阀，移除真空泵，并将抽气管口焊接盖板封堵。将基板、覆板连同包套一起平稳移送至爆炸场，在包层最上方布设低爆速乳化炸药，药高为100mm。
35.7)点爆炸药，使得覆板在瞬间压溃间隙柱，并与基板发生冲击，形成高质量焊接界面。
36.对整板进行超声检测，界面结合质量非常高，无任何超过2mm的缺陷存在；对其双金属界面取样进行抗拉强度测试，其抗拉强度达到389mpa；并对其界面取样进行电镜分析，其焊接界面无任何气孔缺陷或微裂纹，如图2所示，达到了高质量焊接水平，为其在聚变工程应用奠定了基础，可用于核聚变装置中偏滤器、复合管接头、各类热沉水盒中。
37.实施例2
38.基板为不锈钢板，厚度为90mm，长宽为2m
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1m；覆板为无氧铜板，厚度为25mm，长宽为2mx1m，焊接界面质量要求高，要求其焊接界面不得存在气孔、裂纹，具体焊接工艺步骤如下：
39.1、在工厂预处理区，基板、覆板经过打磨或拉丝机将其表面氧化层处理干净后，采用爆炸喷涂方法，在基、覆板表面覆盖一层1μm的金属活化层、如镍、铬金属或者镍、铬合金层。
40.2、将基板覆板一起移送至爆炸场，再在基板上表面均匀放置高度为30mm的铜间隙，由于覆板较厚，铜间隙应该采用厚度超过4mm铜制作，并在待焊表面均匀放置；再将无氧铜板置于铜间隙上，确保两板间隙均匀。
41.3、在覆板最上方均匀布设纯乳化炸药，其厚度为100mm。
42.4、点爆炸药，使得覆板在爆轰压力下瞬间压溃间隙柱，并与基板发生冲击，形成倾斜碰撞，在铜钢界面形成焊接。
43.如图3和图4，所示对整板进行超声检测，结合状况尚可；对其界面取样，采用电镜对其界面进行微观分析。发现其焊接界面内部富含多个微小气孔，表明其内部由于排气不畅，有不少空气压入焊接表面，并存在贯穿性缝隙，达不到核聚变高质量要求，不能用于核聚变工程中。
44.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，具体步骤如下：1)在工厂预处理区，基板、覆板经过表面处理后，采用喷涂方法，在基板、覆板表面覆盖金属活化层；2)基板、覆板外部均装配好，中间放置间隙片；3)基板、覆板外部均采用不锈钢薄板包套包裹，并封焊，形成真空包套；4)在真空包套两侧焊接抽气管和单向阀；5)将抽气管连接真空泵，发动真空泵，抽出基板、覆板间隙中的空气；6)关闭单向阀，移除真空泵，将基板、覆板连同包套一起移送至爆炸场，在包层最上方布设炸药；7)点爆炸药，形成高质量焊接界面。2.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，步骤1)所述的喷涂方法为爆炸喷涂法。3.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，步骤1)所述的金属活化层厚度为1μm。4.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，所述的覆板厚度h≥25mm，基板厚度≥1.2h，宽度＞1m。5.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，所述的金属活化层是：镍、铬或镍、铬合金金属层。6.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，所述的不锈钢薄板包套采用304或316l不锈钢薄板。7.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，步骤5)中抽出基板、覆板间隙中的空气后，使其真空度<1
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pa.m3。8.根据权利要求1所述的核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺，其特征在于，所述的炸药为乳化炸药。

技术总结
本发明公开了一种核聚变装置用超厚超宽高质量复合板真空爆炸焊接工艺，属于爆炸焊接技术领域。该核聚变装置用超厚超宽高质量复合板爆炸焊接工艺包括：在基板、覆板四周设置真空包套层，在基、复板增加爆炸喷涂金属活化涂层。采用该方法爆炸焊接的大厚度无氧铜复合板及其他双金属复合板的结合质量非常高，焊缝无微裂纹和气孔，焊合面结合强度符合双金属固相冶金结合的强度要求，且具有高气密性。且具有高气密性。且具有高气密性。


技术研发人员：魏玲 姚达毛 许铁军 段绵杰 韩乐 曹磊 彭欣
受保护的技术使用者：南京雷夫鑫新材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/16