一種用于MONEL-K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料的制作方法
【專利說明】一種用于MONEL- K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-N i CrMo
合金材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本項(xiàng)發(fā)明屬于高新工藝材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于MONELK500合金工件激光焊接、激光熔覆的合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002]M0NEL-K500 (按美國UNS標(biāo)準(zhǔn)是UNS N05500)合金是一種含有鋁、鈦等合金元素的鎳銅合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:
銀(加鉆)(Nickel (plus Cobalt)):大于63.0%;碳(Carbon):小于0.25%;猛(Manganese):小于1.5%；
鐵(Iron):小于 2.0 %;銅(Copper): 27.0 - 33.0%;硅(Silicon):小于 0.5 %；
鋁(Aluminum):2.30 - 3.15%;鈦(Titanium):0.35 - 0.8%;硫(Sulfur):小于 0.01
%；o
[0003]MonelK500合金具有低的磁導(dǎo)率，高的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性等良好的綜合性能，在現(xiàn)代工業(yè)，特別是在油井測量設(shè)備的重要部件和一些特殊需要的電子元件上得到應(yīng)用。以這種合金制作的一些形狀復(fù)雜的石油鉆井設(shè)備工件在使用過程中往往被局部沖蝕磨損，例如用于石油鉆采油井側(cè)量設(shè)備的零件(其結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，價(jià)格昂貴)局部經(jīng)受沖蝕磨損和氣蝕，導(dǎo)致缺損，不能繼續(xù)使用。若整件報(bào)廢造成較大經(jīng)濟(jì)損失。為此希望能用焊接或熔覆再造方法修復(fù)。這些零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜若用常規(guī)電弧焊、氬弧焊等焊接方法往往會(huì)導(dǎo)致變形。且已有研究工作指出退火或淬火后的這種合金若再次被加熱，也會(huì)導(dǎo)致磁導(dǎo)率上升。常規(guī)電弧焊、氬弧焊熱影響區(qū)較寬，受熱區(qū)域較大，導(dǎo)致磁導(dǎo)率上升，致使電弧焊、氬弧焊修復(fù)的工件也不能滿足要求，而不能使用。以同種材質(zhì)的MONEL K500作為焊接填充材料時(shí)；由于這種MONEL K500合金中的鈦、鋁等元素在焊接過程中的燒損，也會(huì)導(dǎo)致磁導(dǎo)率上升(工程實(shí)踐中表現(xiàn)出由“無磁”變?yōu)椤坝写拧?。為減小常規(guī)焊接方法導(dǎo)致的零件變形，可用高能量密度的激光焊接。特別是用脈沖激光焊接有很小的熱影響區(qū)，可減小甚至防止焊接變形，減小受熱區(qū)域，減少因加熱對磁導(dǎo)率的影響。然而，若以MONEL K500合金作為填充材料，在脈沖激光焊接過程中仍不可避免發(fā)生焊接區(qū)表面元素的燒損，導(dǎo)致零件導(dǎo)磁率上升，表現(xiàn)出“弱磁性”。為此本發(fā)明研制了一種新型合金，用于這種合金零件的脈沖激光焊接-熔覆再造修復(fù)。保證用這種合金一脈沖激光焊接熔覆金屬的硬度與原MONEL K-500合金的硬度相近，相對磁導(dǎo)率(Relative permeability)低于1.001。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本項(xiàng)發(fā)明研發(fā)了一種用于MONEL K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料，研發(fā)的這種新型SL-NiCrMo合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:鎳(Ni):40—70%，鉻(Cr):10—30%，鉬(Mo): 2—12%，鈮(Nb): 0.5-5.0%，鐵(Fe ):1.0-5.0%，鋁(Al): 0.05-0.50%，鈦(Ti):0.05-0.40%，錳(Mn):0.10-0.50%，硅(Si):0.10-0.50%，硫(S):低于 0.015%，磷(P):低于0.015%。
[0005]符合上述化學(xué)成分的合金可制成以下制品備用:
I)制成厚度:0.3mm一0.5mm、寬度不大于6mm的合金薄片帶；
2)制成直徑0.3mm_0.6mm的合金絲；
3)制成合金粉末。其制作工藝是:按成分需要配料，感應(yīng)爐熔煉，熔化好的液態(tài)合金經(jīng)霧化器惰性氣體霧化制成這種合金的粉末，經(jīng)篩分，取其中粒徑在45wn-100wii的合金粉末備用。
[0006]在激光焊接時(shí)可直接使用上述合金薄片帶和合金絲作為填充材料。在使用上述合金粉末時(shí)，可將合金粉末預(yù)置于工件待焊接或熔覆表面，然后用激光焊接或熔覆。也可用送粉器輸送這種合金粉末在M0NEL-K500合金工件表面進(jìn)行激光熔覆。其中這種新型合金的絲和薄片帶更適合于磨損沖蝕氣蝕損傷的M0NEL-K500合金工件缺損部位的脈沖激光焊接修復(fù)。
[0007]以這種合金脈沖激光焊接修復(fù)，或是光纖激光熔覆修復(fù)的M0NEL-K500合金工件的激光焊覆合金或恪覆合金的相對磁導(dǎo)率(Relative permeability)低于1.001;硬度(290-31OHV0.3)略高于M0NEL-K500合金工件本體的硬度(M0NEL-K500合金工件的硬度為210-230HV0.3)；且有較好的耐腐蝕性。
[0008]應(yīng)用實(shí)例:
用研制SL-NiCrMo合金、脈沖激光修復(fù)一種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、經(jīng)受沖蝕磨損的M0NEL-K500
合金工件。
[0009 ]說明書附圖1給出沖蝕磨損的M0NEL-K500合金工件修復(fù)前的照片。圖中標(biāo)示出待修復(fù)的沖蝕磨損部位。
[0010]修復(fù)工序如下:
I)對工件表面進(jìn)行清理，去除油污、清洗干凈。
[0011 ] 2)進(jìn)行著色滲透探傷，確認(rèn)沒有裂紋。
[0012]3)用砂輪磨削，去除沖蝕磨損部位的損傷層。
[0013]4)用直徑0.5mm的研制的SL-NiCrMo合金絲，以400W YAG脈沖激光焊接機(jī)、在氬氣保護(hù)下進(jìn)行激光焊接增材，修補(bǔ)沖蝕磨損缺損部位。
[0014]說明書附圖2給出用直徑0.5mm的研制的SL-NiCrMo合金絲，以400W YAG脈沖激光焊接機(jī)、在氬氣保護(hù)下進(jìn)行激光焊接增材，修復(fù)的M0NEL-K500合金工件的照片。
[0015]5)對用研制的SL-NiCrMo合金絲脈激光焊接修復(fù)的M0NEL-K500合金工件按照圖紙形進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到其形狀尺寸要求。
[0016]對修復(fù)的工件，用強(qiáng)磁試塊進(jìn)行測試，不能吸附，“無磁”。達(dá)到產(chǎn)品要求。
[0017]對以研制的SL-NiCrMo合金絲在M0NEL-K500合金試塊上激光焊接熔覆增材的試樣進(jìn)行磁導(dǎo)率測試。結(jié)果表明其相對磁導(dǎo)率低于1.001.說明書附圖3-1和說明書附圖3-2給出在M0NEL-K500合金表面脈沖激光焊接增材/熔覆SL-NiCrMo合金試樣的金相及顯微硬度測量結(jié)果。金相試樣是用硝酸-鹽酸混合溶液浸蝕。看到在圖中的下部M0NEL-K500合金基體已被腐蝕并顯示出組織，而在上部脈沖激光焊接增材/熔覆的SL-NiCrMo合金層仍保持原有的光亮，說明脈沖激光焊接增材/熔覆SL-NiCrMo合金有較好的耐腐蝕性。從顯微硬度測量結(jié)果看到，脈沖激光焊接增材/熔覆SL-NiCrMo合金的顯微硬度為298HV0.3—299.5HV0.3(相當(dāng)于29.4HRC—29.5HRC)略高于基體材料MONEL-K500合金的顯微硬度(267HV0.3，相當(dāng)于25.6HRC)。達(dá)到產(chǎn)品要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.發(fā)明名稱:一種用于MONEL K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料本項(xiàng)發(fā)明研發(fā)了一種用于MONEL -K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料，研發(fā)的這種新型SL-Ni CrMo合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:鎳(Ni ): 40—70%，鉻(Cr ):10—30%，鉬(Mo): 2—12%，鈮(Nb): 0.5-5.0%，鐵(Fe ):1.0-5.0%，鋁(Al): 0.05-0.50%，鈦(Ti):0.05-0.40%，錳(Mn):0.10-0.50%，硅(Si):0.10-0.50%，硫(S):低于 0.015%，磷(P):低于0.015%。
【專利摘要】發(fā)明名稱：一種用于MONEL？K500合金激光焊接增材與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料本項(xiàng)發(fā)明研發(fā)了一種用于MONEL？K500合金激光焊接與熔覆的新型SL-NiCrMo合金材料，研發(fā)的這種新型SL-NiCrMo合金的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：鎳（Ni）：40--70%，鉻（Cr）：10--30%，鉬（Mo）：2--12%，鈮（Nb）：0.5-5.0%，鐵（Fe）：1.0-5.0%，鋁（Al）：0.05-0.50%，鈦（Ti）：0.05-0.40%，錳（Mn）：0.10-0.50%，硅（Si）：0.10-0.50%，硫（S）：低于0.015%，磷（P）：低于0.015%。以這種合金脈沖激光焊接增材修復(fù)磨損沖蝕MONEL-K500合金工件，或是光纖激光熔覆修復(fù)磨損沖蝕MONEL-K500合金工件，其激光焊接增材合金或熔覆合金的相對磁導(dǎo)率（Relative？permeability）低于1.001；硬度（290-310HV0.3）略高于MONEL-K500合金工件本體的硬度（MONEL-K500合金工件的硬度為210-230HV0.3）；且有較好的耐腐蝕性。
【IPC分類】B23K35/30, B23K26/342, B23K26/60, C22C19/05
【公開號】CN105618959
【申請?zhí)枴緾N201610139131
【發(fā)明人】孫家樞
【申請人】天津?yàn)I海雷克斯激光科技發(fā)展有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月11日