專利名稱：一種因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，屬于合金焊接 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
因瓦合金具有低膨脹系數(shù)的特點，在航空航天精密關(guān)鍵零部件、軍事武器 以及石油運輸容器等儀器、設(shè)備的生產(chǎn)中應用廣泛。但由于因瓦合金強度較低、 耐磨性和高溫性能差，在特珠的應用場合，常常無法發(fā)揮其因瓦性的優(yōu)勢。國
內(nèi)外在因瓦合金強化領(lǐng)域開展了許多研究，包括因瓦合金體系強化、利用B提 高因瓦合金的高溫紅硬性以及因瓦合金表面改性等，但因瓦合金強度仍然無法 滿足特殊場合強度要求及高溫紅硬性要求。
硬質(zhì)合金具有較高的強度、較好的耐磨性、較低的熱膨脹系數(shù)以及良好的 高溫紅硬性，在要求材料具有耐磨、耐高溫、 一定溫度范圍內(nèi)變形隨溫度變化 保持恒定或變化不大的高端硬質(zhì)合金工具或精密儀器的研發(fā)中具有十分重要 的地位。本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)利用焊接技術(shù)，通過將因瓦合金和硬質(zhì)合金連接， 可使兩者揚長避短，滿足特殊場合要求。本發(fā)明人已在中國專利 200810035711.7中公開了 一種硬質(zhì)合金連接件，其是由高粘結(jié)相硬質(zhì)合金與因 瓦合金通過鎢極氬弧自動焊接工藝焊接而成，所焊接的硬質(zhì)合金連接件既具有 硬質(zhì)合金的高強度、高耐磨性以及良好的紅硬性，又具有因瓦合金在一定溫度 范圍內(nèi)具有因瓦效應的恒定熱膨脹性能，為解決因瓦合金無法滿足特殊場合強 度要求和髙溫紅硬性要求的難題提供了一條新途徑，但上述發(fā)明所采用的鎢極 氬弧焊接方法只適合中薄板因瓦合金與硬質(zhì)合金的焊接，且需要多次翻轉(zhuǎn)焊接 才能成型，無法實現(xiàn)厚板因瓦合金與硬質(zhì)合金的焊接。
目前，實現(xiàn)厚板合金的焊接是釆用激光焊接等高能東焊接方法，但激光焊
存在以下具體問題(1)激光在母材表面形成反射，能量損失較大，需要進行黑化處理；(2)激光搭橋性能差，在不開坡口、不加填充材料的條件下，對被
焊材料的對接面加工精度和間隙要求嚴格；(3)形成的焊縫界面硬質(zhì)合金一側(cè) 有脆硬n相形成，降低接頭性能；(4)需要引入焊后滲氮等焊后處理工序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種因瓦合金與硬質(zhì)合金焊 接件的焊接工藝，以實現(xiàn)厚板因瓦合金與硬質(zhì)合金的焊接。 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征在于采用 激光-氬弧復合焊接方法，其具體步驟如下
a) 將待焊接的因瓦合金與硬質(zhì)合金工件固定在工作臺上；
b) 將激光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構(gòu)架上，且氬弧焊槍設(shè)置在激光焊 槍的前進方向上；另外，激光焊槍垂直于被焊工件，氬弧焊槍與激光焊槍的軸 線成30° ~60°角度；
c) 焊接前通過激光熱源對被焊工件進行預熱，使被焊工件預熱到150 ~ 200°C;
d) 焊接時，使用六軸機器人帶動復合焊槍沿工件對接面向前移動實現(xiàn)焊 接；其中，氬弧焊接的工藝參數(shù)如下氬弧功率990W 3140W,焊接電流90~ 157A,焊接電壓11~20V，鎢棒槍尖直徑0.5~2mm,鎢棒槍尖伸出長度3~ 8mm,氬氣流量15L/min,氬氣壓力為室溫下0.35MPa,焯接過程采用直流正 接法；激光焊接的工藝參數(shù)如下激光功率0.9~10kW,氬氣流量20L/min, 負離焦2mm,焊接速度l~7mm/sec。
上述激光-氬弧復合焊接工藝，焊接時可不開坡口，不添加填充材料，焊 后不需要滲氮處理。
所述激光-氬弧復合焊接工藝，以激光光斑及氬弧槍尖對準偏離焊縫中心 線的因瓦合金一側(cè)最好。
所述因瓦合金優(yōu)選MFeC基稀土因瓦合金，其組成及組成質(zhì)量百分比優(yōu)選 如下30%~42%Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3 ~ 5% Y, 1 ~ 2%Ti 及余量Fe;其中當C為0.2% ~ 0.4%、 Y為3.5%時，焊縫界面形成彌散細小的n相且分布范圍較寬；當C為0.6%~1.0%、 Y為3.5y。時，焊縫界面無 ri相形成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
因本發(fā)明工藝通過氬弧焊與激光焊的復合作用，實現(xiàn)了厚板因瓦合金與硬 質(zhì)合金的焊接，單面厚度為6-12mm的因瓦合金焊層只需一次焊接就能成型; 焊接時可不開坡口，不添加填充材料，焊后不需要滲氮處理，且焊后試樣界面 無氣孔、裂紋，界面脆硬il相可控；因此，本發(fā)明工藝不僅克服了現(xiàn)有技術(shù)的 缺陷，為解決因瓦合金無法滿足特珠場合強度要求和高溫紅硬性要求的難題提 供了一條捷徑，也為厚板合金的焊接提供了一條操作簡便、成本低廉、性能優(yōu) 良及適于工業(yè)化實施的焊接工藝。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細、完整地說明 實施例1
選擇因瓦合金(其組成及組成質(zhì)量百分比為42。/。Ni及58。/。Fe)為被焊 材料l,選擇硬質(zhì)合金為被焊材料2,將待焊接的因瓦合金與硬質(zhì)合金工件固 定在工作臺上；選用型號為NASTERTIG AC/DC 2500的鎢極氬弧焊機和TLF 15000型C02激光器，將激光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構(gòu)架上，且氬弧焊槍 設(shè)置在激光焊槍的前進方向上，激光焊槍垂直于被焊工件，氬弧焊槍與激光焊 槍的軸線成30°;焊接前通過激光熱源對被焊工件進行預熱，使被焊工件預熱 到15(TC;焊接時，使用六軸機器人帶動復合焊槍沿工件對接面向前移動實現(xiàn) 焊接；其中，氬弧焊的工藝參數(shù)如下氬弧功率1960W、焊接電流140A、焊 接電壓14V、鎢棒槍尖直徑lmm、錫棒槍尖伸出長度3mm、氬氣流量 15L/min、氬氣壓力為室溫下0.35MPa,焊接過程釆用直流正接法；激光焊的 工藝參數(shù)如下激光功率6kW、氬氣流量20L/min、負離焦2mm、焊接速度
經(jīng)檢測本實施例所制備的焊接件的焊接接頭無氣孔、裂紋，界面近硬質(zhì) 合金一側(cè)形成小區(qū)域塊狀Ti相，因瓦合金焊層的單面厚度為6mm。 實施例2選擇因瓦合金(其組成及組成質(zhì)量百分比為42%Ni、 0.3%C、 3.4%Mn、 0.5%Si、 3.5%Y， 1.5。/。Ti及余量Fe)為被焊材料1，選擇硬質(zhì)合金為被焊材料 2,將待焊接的因瓦合金與硬質(zhì)合金工件固定在工作臺上；選用型號為 NASTERTIG AC/DC 2500的錫極氬弧焊機和TLF 15000型C02激光器，將激 光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構(gòu)架上，且氬弧焊槍設(shè)置在激光焊槍的前進方向 上，激光焊槍垂直于被焊工件，氬弧焊槍與激光焊槍的軸線成60。；焊接前通 過激光熱源對被焊工件進行預熱，使被焊工件預熱到20(TC;焊接時，使用六 軸機器人帶動復合焊槍沿工件對接面向前移動實現(xiàn)焊接；其中，氬弧焊的工藝 參數(shù)如下氬弧功率2175W、焊接電流145A、焊接電壓15V、鎢棒槍尖直徑 lmm、鉤棒槍尖伸出長度3mm、氬氣流量15L/min、氬氣壓力為室溫下 0.35MPa,焊接過程釆用直流正接法；激光焊的工藝參數(shù)如下激光功率5kW, 氬氣流量20L/min,負離焦2mm,焊接速度4mm/sec。
經(jīng)檢測本實施例所制備的焊接件的焊接接頭無氣孔、裂紋，界面近硬質(zhì) 合金一側(cè)較大區(qū)域彌散分布有細小71相，因瓦合金焊層的單面厚度為8mm。
實施例3
選擇因瓦合金(其組成及組成質(zhì)量百分比為42°/。Ni、 0.8%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3.5%Y, 1.5。/。Ti及余量Fe)為被焊材料1,選擇硬質(zhì)合金為被焊材料 2，將待焊接的因瓦合金與硬質(zhì)合金工件固定在工作臺上；選用型號為 NASTERTIG AC/DC 2500的鎢極氬弧焊機和TLF 15000型002激光器，將激 光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構(gòu)架上，且氬弧焊槍設(shè)置在激光焊槍的前進方向 上，激光焊槍垂直于被焊工件，氬弧焊槍與激光焊槍的軸線成45。角度；焊接 前通過激光熱源對被焊工件進行預熱，使被焊工件預熱到180°C;焊接時，使 用六軸機器人帶動復合焊槍沿工件對接面向前移動實現(xiàn)焊接；其中，氬弧焊的 工藝參數(shù)如下氬弧功率2496W、焊接電流156A、焊接電壓16V、鎢棒槍尖 直徑1mm、錫棒槍尖伸出長度3mm、氬氣流量15L/min、氬氣壓力為室溫下 0.35MPa,焊接過程釆用直流正接法；激光焊的工藝參數(shù)如下激光功率4.5kW, 氬氣流量20L/min,負離焦2mm，焊接速度4mm/sec。
經(jīng)檢測本實施例所制備的焊接件的焊接接頭無氣孔、裂紋，界面沒有形 成T)相，因瓦合金焊層的單面厚度為10mm。
權(quán)利要求
1. 一種因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征在于采用激光-氬弧復合焊接方法，其具體步驟如下a)將待焊接的因瓦合金與硬質(zhì)合金工件固定在工作臺上；b)將激光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構(gòu)架上，且氬弧焊槍設(shè)置在激光焊槍的前進方向上；另外，激光焊槍垂直于被焊工件，氬弧焊槍與激光焊槍的軸線成30°～60°角度；c)焊接前通過激光熱源對被焊工件進行預熱，使被焊工件預熱到150℃～200℃；d)焊接時，使用六軸機器人帶動復合焊槍沿工件對接面向前移動實現(xiàn)焊接；其中，氬弧焊接的工藝參數(shù)如下氬弧功率990W～3140W，焊接電流90～157A，焊接電壓11～20V，鎢棒槍尖直徑0.5～2mm，鎢棒槍尖伸出長度3～8mm，氬氣流量15L/min，氬氣壓力為室溫下0.35MPa，焊接過程采用直流正接法；激光焊接的工藝參數(shù)如下激光功率0.9～10kW，氬氣流量20L/min，負離焦2mm，焊接速度1～7mm/sec。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征 在于焊接時不開坡口，不添加填充材料，焊后不需要滲氮處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其 特征在于激光光斑及氬弧槍尖對準偏離焊縫中心線的因瓦合金一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征 在于所述因瓦合金為NiFeC基稀土因瓦合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的組成及組成質(zhì)量百分比如下30% ~ 42% Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3~5%Y， 1 ~ 2%Ti及余量Fe。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的組成中的C為0.2%~0.4%、 Y為3.5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的組成中的C為0.6%~1.0%、 Y為3.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種因瓦合金與硬質(zhì)合金焊接件的焊接工藝，所述工藝是采用激光-氬弧復合焊接方法，實現(xiàn)了厚板因瓦合金與硬質(zhì)合金的焊接，單面厚度為6～12mm的因瓦合金焊層只需一次焊接就能成型；焊接時可不開坡口，不添加填充材料，焊后不需要滲氮處理，且焊后試樣界面無氣孔、裂紋，界面脆硬η相可控。因此，本發(fā)明工藝不僅克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，為解決因瓦合金無法滿足特殊場合強度要求和高溫紅硬性要求的難題提供了一條捷徑，也為厚板合金的焊接提供了一條操作簡便、成本低廉、性能優(yōu)良及適于工業(yè)化實施的焊接工藝。
文檔編號B23K28/00GK101417371SQ20081020409
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者何建萍, 劉瑞軍, 徐培全 申請人:上海工程技術(shù)大學