專利名稱：超級鎳疊層材料與Cr18-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層復(fù)合材料的釬焊工藝，尤其涉及超級鎳疊層復(fù)合材料與不銹鋼異 種金屬的真空釬焊工藝，屬于材料焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
疊層復(fù)合材料是適應(yīng)航空航天技術(shù)的特殊性能要求而發(fā)展起來的一種新型材料。 超級鎳疊層復(fù)合材料是由超級鎳復(fù)層和鉻-鎳合金基層通過真空等靜壓軋制成的。真空等 靜壓軋制是在真空條件下通過控制壓力保持恒定軋制壓力的一種真空軋制方法。這種疊 層復(fù)合材料利用純鎳作韌化復(fù)層，具有很好的耐高溫和抗疲勞性能。超級鎳復(fù)層的厚度僅 0. 2 0. 3mm, Ni含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于99. 5%，超出純鎳的國家一級標(biāo)準(zhǔn)，因此稱為超級 鎳。鉻-鎳合金基層的厚度約為2mm。這種材料具有良好的高溫性能以及抗氧化、耐腐蝕 性，可以應(yīng)用于航空航天、核工程、能源動力、石油化工等領(lǐng)域。在某些特定場合，受熱部件 僅有一部分結(jié)構(gòu)經(jīng)受特定的負(fù)荷、溫度和介質(zhì)的作用，另一端仍在常溫或低負(fù)荷下工作，這 時，將疊層復(fù)合材料與其他材料連接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，則既能減輕構(gòu)件的質(zhì)量，又能發(fā)揮各自 的性能；可見，將這種材料用于特定零部件具有獨特的優(yōu)勢。中國發(fā)明專利ZL 200810016502. 8，公開號為CN101284329，實現(xiàn)了超級鎳疊層 材料與Crl8-Ni8不銹鋼的填絲鎢極氬弧焊，擴大了疊層復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，本質(zhì) 上屬熔焊方法的填絲鎢極氬弧焊難以適應(yīng)一些精密和形狀復(fù)雜的連接件，急需一種適合連 接精密和形狀復(fù)雜的連接件的焊接工藝。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明針對熔焊方法的不足，提出了一種可靠、連接效率高的 超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，采用這種工藝，連接件相對變形量 小，釬焊接頭的應(yīng)力比熔焊時小的多，適合連接形狀復(fù)雜、精密的零部件。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Crl8_Ni8不銹鋼進行清理，除去零件表面的油污和 待焊面的氧化膜，使其表面盡可能光潔和無任何雜質(zhì)，并且干燥；(2)將待焊件以超級鎳疊層材料-釬料-不銹鋼的方式對接裝配，固定(控制接頭 間隙，根據(jù)接頭形狀選擇合適的裝配和固定方法)；(3)把上述固定好的工件放入真空釬焊爐中進行真空釬焊。所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼表面油污的去除方法是小批量生產(chǎn)時，把零件置于酒精或丙酮溶液中超聲清洗2 3min，然后烘干；或批量生產(chǎn)時，把零件置于70 80°C的體積百分比為10%的Na2C03溶液中超聲 清洗5 8min，然后取出，用清水將表面沖洗干凈，烘干。所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和Crl8_Ni8不銹鋼表面氧化膜的去除方法是
小批量生產(chǎn)時，用砂紙打磨表面至出現(xiàn)金屬光澤，然后用酒精沖洗、吹干；所用的 砂紙表面太粗糙或太光滑都不利于釬料擴散和鋪展，推薦選用800 1200號的砂紙；或批量生產(chǎn)時，采用化學(xué)浸蝕的方法除去氧化膜，即把零件置于H2S04含量為 3. 1% (體積分?jǐn)?shù))、HC1含量為10% (體積分?jǐn)?shù))的水溶液中，在50 60°C條件下浸洗 8 lOmin，然后置于體積分?jǐn)?shù)30%的HN03溶液(用58% 62% HN03+純凈水配制)中浸 洗2 5min，取出用冷水將表面沖洗干凈，烘干。上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均為常規(guī)技術(shù)，不屬于本發(fā)明的發(fā)明 點，在此不做過多的描述。上述凈化后的連接件應(yīng)置于干燥環(huán)境中，焊前不得與釬焊表面再接觸。所述步驟(2)中，釬料為Ni-Cr-P系鎳基釬料，其化學(xué)成分為Ni 75. 0 % 78. 0%, Crl3. 0% 15. 0%, P 9. 5% 10. 5%, Si ^ 0. 10%, B 彡 0. 02%, Ti 彡 0. 05%, Co ^ 0. 10%, C^ 0. 06%，以質(zhì)量百分比計。釬料要密封，置于陰涼環(huán)境保存。所述步驟(2)中，裝配時，控制接頭間隙在0.2 0.6mm之間，可以采用鎳箔或銅 箔控制接頭間隙；與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低了對被連接件接頭精加工的要求。所述步驟(2)中，裝配和固定時，最佳的連接件裝配方法是工件能自定位和自支 撐，或使用夾具進行定位和夾緊。所用夾具受到釬焊件的復(fù)雜程度、釬焊溫度的影響，必須 具有足夠高的高溫強度和剛性、耐熱和抗氧化能力；不因熱脹冷縮引起工件移位、定位不精 確等，高溫下不會在與被連接件接觸處發(fā)生化學(xué)作用。所述步驟(3)中，釬焊的工藝參數(shù)主要包括釬焊溫度、升溫速度、保溫時間和冷卻 速度、真空度等，具體如下真空釬焊爐的真空度大于1. 33 X 10_3Pa，釬焊加熱溫度為920 1100°C，保溫時間5 25min ；為了使被連接件內(nèi)部溫度均勻，在加熱過程中可以設(shè)置幾個 保溫平臺，特別是厚度較大的焊件，要延長保溫平臺和釬焊過程的保溫時間，降低冷卻速度。本發(fā)明所采用的Ni-Cr-P釬料為膏狀共晶釬料，固相線和液相線均為890°C ；真空 釬焊過程中不需要施加釬劑。本發(fā)明的超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝中，提高釬焊溫度 和延長保溫時間可以增加釬料吸收的熱量，因此提高釬焊溫度可適當(dāng)縮短保溫時間。本發(fā)明的超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，采用Ni-Cr-P系鎳 基釬料，無需釬劑即可實現(xiàn)超級鎳疊層復(fù)合材料與Crl8-Ni8不銹鋼的釬焊，并且釬縫成形 美觀、界面結(jié)合穩(wěn)定、接頭性能可靠，能夠滿足對特殊性能的需求。本發(fā)明給出的疊層復(fù)合 材料與Crl8-Ni8不銹鋼的釬焊技術(shù)，工藝參數(shù)穩(wěn)定，釬焊接頭合格率100%。本發(fā)明針對超級鎳疊層材料的特殊結(jié)構(gòu)，提出了一種可靠、連接效率高的的超級 鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的釬焊方法。采用本發(fā)明的方法可獲得無裂紋、界面結(jié)合良 好、表面成形美觀的釬焊接頭，實現(xiàn)疊層材料的可靠連接，以滿足航空航天、動力等領(lǐng)域?qū)?高性能材料的需求。


圖1為實施例1中疊層材料與不銹鋼低溫釬焊接頭示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1厚度為2. 6mm的超級鎳疊層復(fù)合材料與厚度為2. 6mm的Crl8_Ni8不銹鋼進行真 空釬焊。工件長度為30mm，寬度為10mm。超級鎳疊層復(fù)合材料基層的厚度為2mm，兩側(cè)復(fù)層 的厚度為0. 3mm。采用Ni-Cr-P系釬料，主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為Ni 75.8%, Cr 14%, P 10%, C ≤ 0. 06%。具體的真空釬焊工藝步驟如下將被連接件置于酒精溶液中超聲清洗3min，吹干。用800號細(xì)砂紙打磨除去母材 待焊面的氧化膜，使其盡可能光潔，用酒精沖洗后吹干。采用對接接頭形式，將對接工件放在鋪有石墨紙的鋼板上，石墨紙的作用是防止 釬料在試板與鋼板之間鋪展使二者結(jié)合在一起，把M-Cr-P系膏狀釬料涂于接頭間隙處， 接頭縫隙處用厚度0. 3mm的不銹鋼片調(diào)節(jié)釬縫間隙，工件用不銹鋼工裝板夾緊。把裝配 好的連接件放入加熱設(shè)備的真空室中進行真空釬焊，真空度為1.33X10_3Pa。釬焊溫度為 980°C，保溫時間15min。為了使被連接件內(nèi)部溫度均勻，在加熱過程中設(shè)置幾個保溫平臺，加熱過程分為 如下幾個階段①加熱至300°C，加熱速度15°C /min ’②300°C保溫5min ；③加熱至800°C， 加熱速度15°C /min ；④800°C保溫5min ；⑤加熱至900°C，加熱速度10°C /min ；⑥900°C保 溫lOmin ；⑦加熱至980°C，加熱速度8°C /min。在980°C保溫20min，之后通過循環(huán)水進行 冷卻。待真空室內(nèi)溫度冷卻至50°C以下時取出釬焊件。被連接件釬縫結(jié)合良好，釬縫外觀成形美觀，如圖1所示。實施例2 厚度為2. 6mm的超級鎳疊層復(fù)合材料的對接真空釬焊。被連接件長度為60mm，寬 度為20mm。采用Ni-Cr-P系膏狀釬料，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為Ni 75.8%, Cr 14%, P 10%，C≤0. 06%。真空釬焊加熱溫度為940°C，保溫時間20min，真空度1. 33X 10_4Pa。具體的真空釬焊工藝步驟如下將試板置于70 80°C的體積百分比為10%的Na2C03溶液中超聲波清洗5min，取 出用冷水沖洗后烘干。用800號細(xì)砂紙打磨除去被連接件接頭表面的氧化膜，使其盡可能 光潔，用酒精沖洗后吹干。采用對接接頭形式，將被連接件放置在鋪有石墨紙的鋼板上，把Ni-Cr-P系膏狀 釬料涂于釬縫間隙中，接頭間隙用厚度0. 4mm的不銹鋼箔片調(diào)節(jié)，被連接件用不銹鋼工裝 板夾緊。把裝配好的連接件放入真空加熱設(shè)備中進行真空釬焊，真空度為1.33X10_4Pa。為了使被連接件內(nèi)部溫度均勻，在加熱過程中設(shè)置幾個保溫平臺，加熱過程分為 如下幾個階段①加熱至300°C，加熱速度15°C /min ’②300°C保溫5min ；③加熱至800°C， 加熱速度15°C /min ；④800°C保溫5min ；⑤加熱至900°C，加熱速度10°C /min ；⑥900°C保 溫lOmin ；⑦加熱至940°C，加熱速度8°C /min。釬焊溫度為940°C，保溫時間20min。之后 通過循環(huán)水進行冷卻。待真空室內(nèi)溫度冷卻至50°C以下時取出釬焊件。被連接件釬縫結(jié)合良好，釬縫外觀成形美觀。
權(quán)利要求
一種超級鎳疊層材料與Cr18 Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征在于，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Cr18 Ni8不銹鋼進行清理，除去零件表面的油污和待焊面的氧化膜；(2)將待焊件以超級鎳疊層材料 釬料 不銹鋼的方式對接裝配，固定；所述釬料為Ni Cr P系鎳基釬料；(3)把上述固定好的工件放入真空釬焊爐中進行真空釬焊，真空釬焊爐的真空度大于1.33×10 3Pa，釬焊加熱溫度為920～1100℃，保溫時間5～25min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼表面油污的去除方法是把零件 置于酒精或丙酮溶液中超聲清洗2 3min，然后烘干；或把零件置于70 80°C的體積百 分比為10%的Na2C03溶液中超聲清洗5 8min，然后取出，用清水將表面沖洗干凈，烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和Crl8-Ni8不銹鋼表面氧化膜的去除方法是用砂 紙打磨表面至出現(xiàn)金屬光澤，然后用酒精沖洗、吹干；或把零件置于H2S04含量為3. 1%、 HC1含量為10%的水溶液中，在50 60°C條件下浸洗8 lOmin，然后置于體積分?jǐn)?shù)30% 的HN03溶液中進行處理，取出用冷水將表面沖洗干凈，烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(2)中，釬料為Ni-Cr-P系鎳基釬料，其化學(xué)成分為Ni 75. 0 % 78. 0 %， Crl3. 0 % 15. 0 %， P 9. 5 % 10. 5 %， Si ≤ 0. 10 %， B ≤ 0. 02 %， Ti ≤ 0. 05 %， Co≤0. 10%, C≤0. 06%，以質(zhì)量百分比計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(2)中，裝配時，控制接頭間隙在0.2 0.6mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征 在于采用鎳箔或銅箔控制接頭間隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級鎳疊層材料與Cr18-Ni8不銹鋼的真空釬焊工藝，其特征在于，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Cr18-Ni8不銹鋼進行清理，除去零件表面的油污和待焊面的氧化膜；(2)將待焊件以超級鎳疊層材料-釬料-不銹鋼的方式對接裝配，固定；所述釬料為Ni-Cr-P系鎳基釬料；(3)把上述固定好的工件放入真空釬焊爐中進行真空釬焊，真空釬焊爐的真空度大于1.33×10-3Pa，釬焊加熱溫度為920～1100℃，保溫時間5～25min。采用本發(fā)明的方法可獲得無裂紋、界面結(jié)合良好、表面成形美觀的釬焊接頭，實現(xiàn)疊層材料的可靠連接，以滿足航空航天、動力等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨蟆?br> 文檔編號B23K1/008GK101992331SQ20101051851
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者吳娜, 張永蘭, 李亞江 申請人:山東大學(xué)