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鉬銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝的制作方法

文檔序號:3114485閱讀:180來源:國知局
鉬銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉬銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,包括表面處理、定位點(diǎn)焊、焊前預(yù)熱、施焊、焊道清理、焊后緩冷的步驟,本發(fā)明采用Ni-Fe-Cr系合金焊絲,通過控制焊絲中Ni元素含量,可以有效改善接頭靠近鉬銅合金一側(cè)熱影響區(qū)組織的致密度。本發(fā)明提出的鉬銅合金與鎳基高溫合金脈沖填絲鎢極氬弧焊工藝具有操作方便、接頭性能穩(wěn)定、焊接效率高、便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于鉬銅合金與鎳基高溫合金的焊接,也可用于鉬銅合金與其他高溫合金的焊接。
【專利說明】f目銅合金與鏡基高溫合金的填絲脈沖銘極氬弧焊工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異種材料之間的熔焊方法,尤其涉及一種鑰銅合金與鎳基高溫合金的焊接,屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鑰銅材料是由鑰和銅兩種互不相溶的金屬相所組成的合金。這種材料兼有組成金屬兩者的特性,而且可以取長補(bǔ)短,獲得良好的綜合性能。鑰是金屬中除金、銀、銅等高導(dǎo)金屬外,電導(dǎo)和熱導(dǎo)性比較好的元素,因此,進(jìn)一步加入高電導(dǎo)熱導(dǎo)金屬銅的鑰銅材料,具有很高的電導(dǎo)熱導(dǎo)性。銅的熱膨脹系數(shù)較高,而鑰的熱膨脹系數(shù)很低,因此,可以根據(jù)不同的成分組合制成所需要的較低的熱膨脹系數(shù),從而使它們可以與其它材料的熱膨脹系數(shù)匹配組合,避免因熱膨脹系數(shù)差別過大而引起的熱應(yīng)力破壞。鑰系高熔點(diǎn)金屬(難熔金屬),其熔點(diǎn)為2615°C,而銅的熔點(diǎn)僅為1083°C。鑰銅材料在常溫和中溫時(shí),既有較好的強(qiáng)度,又有一定的塑性,而當(dāng)超過銅的熔點(diǎn)時(shí),材料中所含有的銅可以液化蒸發(fā)吸熱起到冷卻作用,因此可作為特殊用途的高溫材料,如耐火藥燃燒溫度的噴管喉襯,高溫電弧作用下的電觸頭
坐寸ο
[0003]鎳基高溫合金在600?900°C溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能,650°C以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位,并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能及良好的加工性能、焊接性能良好。鎳基高溫合金能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件,在宇航、核能、石油工業(yè)及擠壓模具中,在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。將鑰銅合金與鎳基高溫合金進(jìn)行連接制備成復(fù)合耐高溫構(gòu)件,對于提高復(fù)合結(jié)構(gòu)件的性能、降低制造成本、擴(kuò)大鑰銅合金的應(yīng)用具有重要的意義。
[0004]常溫下鑰及其合金較穩(wěn)定,520°C以上開始緩慢氧化且隨溫度的升高其吸收氧的能力顯著上升,因此鑰合金的焊接大多在真空中或采取惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。另外,鑰合金脆性與氧、氮含量有關(guān),且氧是引起鑰合金變脆的主要原因,它通過在晶界的富集使晶界變脆。當(dāng)雜質(zhì)含量一定時(shí),晶粒大小和晶界面積決定氧在晶界富集的程度。小晶粒富集程度低,氣體元素含量高也易引起焊縫氣孔。因此,應(yīng)采用特殊工藝使鑰及鑰合金中氧、氮元素和低熔點(diǎn)雜質(zhì)含量應(yīng)盡量降低,防止氣孔的產(chǎn)生。另外鑰銅合金與鎳基高溫合金熱導(dǎo)率及線膨脹系數(shù)相差較大,焊接時(shí)焊點(diǎn)區(qū)域容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力,形成顯微裂紋甚至在應(yīng)力作用進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠獲得無裂紋、無氣孔、強(qiáng)度較高的鑰銅合金與鎳基高溫合金接頭的高效熔焊工藝。這項(xiàng)技術(shù)針對的是Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%?60%、Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%?70%的鑰銅合金,針對的鎳基高溫合金為鎳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于50%的高溫合金。
[0006]本發(fā)明的工藝步驟如下:
[0007](I)表面處理:將填充用N1-Fe-Cr系合金焊絲表面及鑰銅合金與鎳基高溫合金母材的待焊部位進(jìn)行處理。
[0008](2)定位點(diǎn)焊:將處理好的鑰銅合金與鎳基高溫合金坡口處對接后點(diǎn)焊定位。
[0009](3)焊前預(yù)熱:焊接起弧后利用鎢極氬弧先偏向鑰銅合金一側(cè)進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度為300~400°C。
[0010](4)施焊過程:采用填絲脈沖鎢極氬弧焊方法對鑰銅合金與鎳基高溫合金進(jìn)行焊接,焊接過程中采用純氬氣對焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù),防止N、O對焊接接頭性能的有害影響;對每層焊縫焊接之間進(jìn)行層間溫度的控制,保證層間溫度不超過150°C。
[0011](5)焊道清理:在每道焊縫焊接完成后用不銹鋼鋼絲刷刷去氧化層直至露出金屬光澤。
[0012](6)焊后緩冷:焊后立即用石棉布覆蓋焊件進(jìn)行保溫,直至溫度冷至100°C以下時(shí)方可移開。
[0013]步驟(1)中所述的填充用N1-Fe-Cr系合金焊絲表面處理是用砂紙打磨焊絲至露出金屬光澤。
[0014]步驟(1)中所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金母材的待焊部位進(jìn)行處理步驟是用室溫混合酸溶液(濃度為36.5%的鹽酸15%+濃度為70%的硫酸15%+濃度為12%的鉻酸5%+水溶液65%)刷洗到鑰銅合金母材待焊表面至光亮為止,然后用流動清水把酸洗凈,晾干;鎳基高溫合金母材先經(jīng)過噴砂處理,然后進(jìn)行砂紙打磨,使待焊面的粗糙度達(dá)到Ral.6~
3.2。薄件和小件不必進(jìn)行噴砂處理,接頭處用砂紙打磨干凈、露出金屬光澤即可。
[0015]步驟(1)中所述的N1-Fe-Cr系合金焊絲,主要成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%):C≤0.05,Mn ≤1.0, Fe24 ~28,Cr23 ~26,Mo2.5 ~3.5,Cul.5 ~3.0,Ti0.8 ~1.5,S ≤ 0.03,Si ≤ 0.5,B0.002 ~0.006,余為 Ni。
[0016]步驟(1)中所述的N1-Fe-Cr系合金焊絲的直徑為2.0~2.5mm。
[0017]步驟⑵中所述的定位點(diǎn)焊的焊點(diǎn)長度為3~5mm。
[0018]步驟(2)中所述的對接后坡口為U型。
[0019]步驟⑷中所述的純気氣純度大于99.98%。
[0020]步驟(4)中所述的脈沖鎢極氬弧焊接采用鎢-釷電極,鎢的含量為99.9%,鎢極直徑2mm,端部為錐形。
[0021]步驟(4)中所述的脈沖鎢極氬弧焊工藝參數(shù)為:焊接電壓為11~13V,峰值電流為138~146A,基值電流為108~120A,脈沖占空比為1:1,峰值時(shí)間為3~5s,基值時(shí)間為3~5s,起始電流為48~55A,收弧電流為30~38A,焊接速度為60~90mm/min,焊接氣體流量為15~20L/min。
[0022]步驟(4)中所述的對焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù),焊縫正面采用兩側(cè)吹氬氣進(jìn)行保護(hù),氣體流量為12~15L/min ;焊縫背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板同時(shí)進(jìn)行充氬氣保護(hù),氣體流量為15~18L/min。
[0023]填絲鎢極氬弧焊前,先對焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)2~3min ;焊接過程中,控制鎢極加熱斑點(diǎn)偏向鑰銅合金一側(cè),焊絲與平板對接焊件間應(yīng)保持75°~80°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池,不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。焊縫收尾熄弧后,應(yīng)繼續(xù)通氬氣保護(hù)1~2min。
[0024]脈沖鎢極氬弧焊由于具有電弧穩(wěn)定、在惰性氣體保護(hù)下能夠保證內(nèi)在質(zhì)量、成形美觀,適合在施焊難度較大場合使用等優(yōu)點(diǎn)而使用廣泛。本發(fā)明采用填絲脈沖鎢極氬弧焊方法,一方面通過在焊絲中添加合金元素改善鑰銅合金與鎳基高溫合金的焊接性;另一方面,采用帶有脈沖的鎢極氬弧焊方法,通過焊接過程脈沖電流對熔池的攪拌作用,加速焊縫熔敷金屬的冷卻速度,避免焊縫靠近鎳基高溫合金一側(cè)熱影響區(qū)晶粒組織的粗化,實(shí)現(xiàn)鑰銅合金與鎳基高溫合金的焊接。這種工藝操作方便、適用性強(qiáng),得到的鑰銅合金與鎳基高溫合金接頭強(qiáng)度較高。
[0025]本發(fā)明采用N1-Fe-Cr系合金焊絲,通過控制焊絲中Ni元素含量,可以有效改善接頭靠近鑰銅合金一側(cè)熱影響區(qū)組織的致密度。
[0026]本發(fā)明采用含少量B元素的N1-Fe-Cr系合金焊絲對鑰銅合金與鎳基高溫合金進(jìn)行焊接,其中B元素的添加一方面能夠細(xì)化鑰銅合金一側(cè)熔合區(qū)組織的晶粒,減少了雜質(zhì)的有害作用,防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生;另一方面,B元素能夠抑制焊縫組織晶界處η相的形成。同時(shí)B元素在焊接過程中有脫氧的作用,使焊縫中氧含量降低,抑制氣孔的產(chǎn)生,從而提聞焊縫塑性。
[0027]采用本發(fā)明給出的鑰銅合金與鎳基高溫合金的脈沖填絲鎢極氬弧焊工藝,可以獲得焊縫無裂紋、組織均勻分布、兩側(cè)母材與焊縫都熔合良好的焊接接頭,如圖1所示(實(shí)施例I條件下獲得的接頭熔合區(qū)組織)。
[0028]本發(fā)明的有益效果是,本發(fā)明提出的鑰銅合金與鎳基高溫合金填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝具有操作方便、接頭性能穩(wěn)定、焊接效率高、便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于鑰銅合金與鎳基高溫合金的焊接,也可用于鑰銅合金與其他高溫合金的焊接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]附圖為鑰銅合金與鎳基高溫合金焊接接頭金相組織圖,其中,圖1為焊縫與鑰銅合金之間的結(jié)合區(qū),圖2為焊縫與鎳基高溫合金之間的結(jié)合區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]合金組成為Mo60% -Cu40% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鑰銅合金板與GH4169鎳基高溫合金板對接接頭的脈沖填絲鶴極IS弧焊,鑰銅合金板尺寸為IOOmmX 50mm,厚度為2mm ;GH4169鎳基高溫合金板尺寸為100_X 50mm,厚度為2mm。
[0033]第一步,鑰銅合金板、GH4169鎳基高溫合金板及N1-Fe-Cr系合金焊絲的表面處理:
[0034]先將鑰銅合金待焊表面用室溫酸溶液(15%鹽酸+15%硫酸+5%鉻酸+65%水)刷洗至光亮為止,然后用流動清水把酸洗凈,晾干;
[0035]將鎳基高溫合金對接接頭處用砂紙打磨干凈,使待焊面露出金屬光澤,表面粗糙度達(dá)到Ral.6 ;
[0036]采用直徑為2mm的N1-Fe-Cr系合金焊絲,焊前用砂紙將焊絲表面打磨干凈。
[0037]采用的N1-Fe-Cr系合金焊絲,主要成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%):C0.05,Mn0.8,F(xiàn)e24, Cr26,Μο2.5,Cu3.0, Ti0.8,S0.03,Si0.5,B0.006,余為 Ni。[0038]第二步,鑰銅合金與GH4169高溫合金的焊接:
[0039]將處理好的鑰銅合金與鎳基高溫合金開成U型坡口,對接后進(jìn)行定位點(diǎn)焊,點(diǎn)焊長度為5mm。
[0040]焊接起弧后利用鎢極氬弧先偏向鑰銅合金一側(cè)進(jìn)行預(yù)熱至30(TC,然后采用脈沖填絲鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接,工藝參數(shù)為:焊接電壓為11V,峰值電流為146A,基值電流為120A,脈沖占空比為1:1,峰值時(shí)間為3s,基值時(shí)間為3s,起始電流為55A,收弧電流為38A,焊接速度為90mm/min,焊接氣體流量為15L/min。
[0041]施焊過程中,控制加熱斑點(diǎn)偏向鑰銅合金一側(cè),焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池,不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。
[0042]第三步,焊接區(qū)的氣體保護(hù):
[0043]保護(hù)氣體為純度大于99.98%的氬氣。焊前,先對焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)2min ;焊接過程中采用焊縫正背面同時(shí)保護(hù)措施,正面是焊縫兩側(cè)吹氬氣,氣體流量為12L/min;背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板充氬氣保護(hù),氣體流量為18L/min。焊縫收尾媳弧后,繼續(xù)通1?氣保護(hù)lmin。
[0044]第四步,焊后緩冷:
[0045]焊后立即用石棉布全部覆蓋鑰銅合金與GH4169高溫合金焊件進(jìn)行保溫,直至溫度冷至100°C時(shí)移開。
[0046]所得到的鑰銅合金與GH4169高溫合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷,焊縫熔合區(qū)結(jié)合良好。
`[0047]實(shí)施例2:
[0048]合金組成為Mo50% -Cu50% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鑰銅合金與GH4169鎳基高溫合金角焊縫的脈沖填絲鎢極氬弧焊,鑰銅合金板尺寸為IOOmmX 50mm,厚度為4mm ;GH4169鎳基高溫合金板尺寸為200mmX 100mm,厚度為5mm。
[0049]第一步,鑰銅合金板、GH4169鎳基高溫合金板及Cr25_Ni20系合金焊絲的表面處理:
[0050]先將鑰銅合金待焊表面用室溫酸溶液(15%鹽酸+15%硫酸+5%鉻酸+65%水)刷洗至光亮為止,然后用流動清水把酸洗凈,晾干;
[0051]將鎳基高溫合金對接接頭處用砂紙打磨干凈,使待焊面露出金屬光澤,表面粗糙度達(dá)到Ra3.2 ;
[0052]采用直徑為2.5mm的N1-Fe-Cr系合金焊絲,焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。焊絲的主要成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%):C0.05,Mnl.0, Fe28, Cr23,Μο3.5,Cul.5,Til.5,S0.03,Si0.4,B0.002,余為 Ni。
[0053]第二步,鑰銅合金與GH4169高溫合金的焊接:
[0054]將處理好的鑰銅合金與鎳基高溫合金角接頭進(jìn)行定位點(diǎn)焊,點(diǎn)焊長度為3_。
[0055]焊接起弧后利用鎢極氬弧先偏向鑰銅合金一側(cè)進(jìn)行預(yù)熱至400°C,然后采用脈沖填絲鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接,工藝參數(shù)為:焊接電壓為13V,峰值電流為138A,基值電流為108A,脈沖占空比為1:1,峰值時(shí)間為5s,基值時(shí)間為5s,起始電流為48A,收弧電流為30A,焊接速度為60mm/min,焊接氣體流量為20L/min。
[0056]施焊過程中,控制加熱斑點(diǎn)偏向鑰銅合金一側(cè),焊絲與焊件間保持80°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池,不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。
[0057]第三步,焊接區(qū)的氣體保護(hù):
[0058]保護(hù)氣體為純度大于99.98%的氬氣。焊前,先對焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)3min,焊接過程中采用焊縫正背面同時(shí)保護(hù)措施,正面是焊縫兩側(cè)吹氬氣,氣體流量為15L/min ;背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板充氬氣保護(hù),氣體流量為15L/min。焊縫收尾熄弧后,繼續(xù)通1?氣保護(hù)2min。
[0059]第四步,焊后緩冷:
[0060]焊后立即用石棉布全部覆蓋鑰銅合金與GH4169高溫合金焊件進(jìn)行保溫,直至溫度冷至100°C時(shí)移開。
[0061]所得到的鑰銅合金與GH4169高溫合金角接頭焊縫成形美觀。經(jīng)金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微`觀缺陷,接頭熔合區(qū)結(jié)合良好。
【權(quán)利要求】
1.鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,工藝步驟如下: (1)表面處理:將填充用Ni-Fe-Cr系合金焊絲打磨至露出金屬光澤; 將鑰銅合金與鎳基高溫合金母材的待焊部位用室溫酸溶液刷洗到鑰銅合金母材待焊表面至光亮為止,然后用流動清水把酸洗凈,晾干; 所述的N1-Fe-Cr系合金焊絲,成分為:C ≤0.05,Mn ≤1.0, Fe24~28,Cr23~26,Μo2.5 ~3.5,Cul.5 ~3.0,Ti0.8 ~1.5,S ≤ 0.03,Si ≤ 0.5,B0.002 ~0.006,余為 Ni ;以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì); (2)定位點(diǎn)焊:將處理好的鑰銅合金與鎳基高溫合金坡口處對接后點(diǎn)焊定位; (3)焊前預(yù)熱:焊接起弧后利用鎢極氬弧先偏向鑰銅合金一側(cè)進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度為300 ~400℃; (4)施焊過程:采用填絲脈沖鎢極氬弧焊方法對鑰銅合金與鎳基高溫合金進(jìn)行焊接,焊接過程中采用純氬氣對焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù),防止N、O對焊接接頭性能的有害影響;對每層焊縫焊接之間進(jìn)行層間溫度的控制,保證層間溫度不超過150°C ; 脈沖鎢極氬弧焊工藝參數(shù)為:焊接電壓為11~13V,峰值電流為138~146A,基值電流為108~120A,脈沖占空比為1:1,峰值時(shí)間為3~5s,基值時(shí)間為3~5s,起始電流為48~55A,收弧電流為30~38A,焊接速度為60~90mm/min,焊接氣體流量為15~20L/min ; (5)焊道清理:在每道焊縫焊接完成后刷去氧化層直至露出金屬光澤; (6)焊后緩冷:焊后對焊件進(jìn)行保溫,直至溫度冷至100°C以下。
2.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,所述步驟(1)中,鎳基高溫合金母材先經(jīng)過噴砂處理,然后進(jìn)行砂紙打磨,使待焊面的粗糙度達(dá)到Ral.6~3.2。
3.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,步驟(1)中所述的Ni-Fe-Cr系合金焊絲的直徑為2.0~2.5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,步驟(2)中所述的定位點(diǎn)焊的焊點(diǎn)長度為3~5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,步驟(2)中所述的對接后坡口為U型。
6.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,步驟(4)中所述的脈沖鎢極氬弧焊接采用鎢-釷電極,鎢的含量為99.9%,鎢極直徑2mm,端部為錐形。
7.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,步驟(4)中所述的對焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù),焊縫正面采用兩側(cè)吹氬氣進(jìn)行保護(hù),氣體流量為12~15L/min ;焊縫背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板同時(shí)進(jìn)行充氬氣保護(hù),氣體流量為 15 ~18L/min。
8.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,填絲鎢極氬弧焊前,先對焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)2~3min ;焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池;焊縫收尾熄弧后,繼續(xù)通氬氣保護(hù)1~2min。
9.如權(quán)利要求1所述的鑰銅合金與鎳基高溫合金的填絲脈沖鎢極氬弧焊工藝,其特征是,焊接過程中,控制鎢極加熱斑點(diǎn)偏向鑰銅合金一側(cè),焊絲與平板對接焊件間保持75°~80°夾角。
【文檔編號】B23K35/30GK103862147SQ201410125763
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王娟, 李亞江 申請人:山東大學(xué)
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