摘要
无氧铜优异的导热性和导电性在铜的各个领域应用广泛，TU2无氧铜作为一种高纯度铜材料其良好的腐蚀、加工、焊接性也使其在焊接性能方面受到关注。超导磁体馈线系统(Feeder)为TF、PF、CS等ITER磁体系统进行供电、冷却、测量、控制和诊断，是由一整套管、缆、线等组成的复杂系统。高温超导电流引线是Feeder馈线系统的核心部件之一。高温超导电流引线中室温终端和翅片换热器之间，翅片换热器和高温超导段均需要通过焊接将两部件连接起来。室温终端、翅片换热器和高温超导段均为TU2无氧铜材料。本文首先分析了焊接仿真分析的基础理论知识，然后对TU2无氧铜进行了电子束焊接有限元模拟，根据仿真结果得到的工艺参数进行了TU2无氧铜对接接头的电子束焊接试验，并对焊接接头进行了焊接质量检测实验分析。本文主要内容概括如下; (1)本文首先介绍了焊接技术在铜及铜合金方面的应用以及电子束焊接数值模拟的现状。其次介绍了焊接分析的基础理论知识。并根据电子束焊接“钉”状熔池形貌，采用双椭球热源和3D高斯热源复合的组合热源对TU2无氧铜进行电子束焊接模拟。得到符合项目要求熔池深度达到30mm的热源校核参数。 (2)根据电子束焊接实际情况，设定初始条件和边界条件。对焊接温度场、应力场、变形进行了分析。焊接温度场在冷却一小时后温度降到100℃以下。焊接残余应力主要集中在焊缝和边界加持处，峰值为100MPa左右。焊接变形则随着热输入的增大而增大。 (3)参考热源校核数据，提出100mA、120mA、140mA三组焊接工艺参数进行电子束焊接试验，通过测温试纸和游标卡尺对焊接温度场和对接接头宽度方向的收缩量进行测量，距焊缝50mm处测得温度在130℃，x方向变形测量结果与仿真结果保持一致均在0.2mm左右。 (4)对三组焊接接头进行焊后质量检测。对焊接接头进行了金相组织观察，并检测了焊接接头的拉伸、弯曲、冲击、硬度等力学性能。低倍金相结果焊缝熔池形貌与仿真熔池形貌基本一致，高倍金相结果表明无氧铜电子束焊接的热影响区域极小。力学性能检测结果表明，在加速电压150kV，电子束流120mA时焊接接头的力学性能较好。
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