一種疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法
2023-10-04 00:04:19
專利名稱：一種疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法
技術領域：
本發明涉及一種疊層複合材料的焊接工藝，尤其涉及一種疊層複合材料與不鏽鋼
異種材料之間的鎢極氬弧熔釺焊方法，屬於焊接技術領域。
背景技術：
由超級鎳復層和NiCr合金基層通過真空等靜壓軋制和超塑性成形方法製成的疊 層複合材料，具有良好的高溫性能以及抗氧化、耐腐蝕性，可以應用於航空航天、能源動力、 石油化工等領域。真空等靜壓軋制是在真空條件下通過控制壓力保持恆定軋制壓力的一種 真空軋制方法。這種疊層複合材料利用厚度僅0. 2mm 0. 4mm的純鎳作韌化復層，具有很 好的耐高溫和抗疲勞性能。將這種疊層複合材料與其他材料連接形成複合結構能減輕構件 的質量、發揮各自的性能，用於先進的動力設備部件具有獨特的優勢。 但是，實現疊層複合材料的焊接難度很大，使其應用受到限制。作為一種極具發展 潛力的新型高溫結構材料，焊接性問題是制約疊層複合材料整體加工性能和應用前景的主 要障礙。因為含鎳疊層複合材料熔焊時易形成低熔點物質，存在熱裂紋敏感性；焊縫金屬凝 固時的組織偏析以及脆性相的析出，致使焊縫的塑性降低；而且疊層複合材料焊接時復層 金屬受熱熔化易於局部脫離基層，致使基層熔合性差，阻礙了疊層複合材料的推廣應用。
但是，在某些特定場合，受熱部件僅有一部分結構經受特定的負荷、溫度和介質的 作用，另一端仍在常溫低負荷下工作。這樣不受熱一端的疊層複合材料與不鏽鋼連接處即 可採用熔釺焊技術來連接。目前，國內外文獻中尚未見有關疊層複合材料與不鏽鋼異種材 料之間氬弧熔釺焊技術的報導。
發明內容
針對現有疊層複合材料焊接技術的不足，本發明提出了一種簡便易行、焊接效率 高和適應性強的用於疊層複合材料與不鏽鋼的鎢極氬弧熔釺焊方法。本發明的方法可獲得 無裂紋、界面結合良好的熔釺焊接頭，適於疊層複合材料不受熱一端的連接，特別是疊層復 合材料與奧氏體不鏽鋼等異種材料的連接，釺縫具有良好的耐腐蝕性。 本發明所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，步驟是將接頭處加工平 整且尺寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板水平對接放置，裝配間隙為O. 2mm 0. 5mm，採用鎢極氬弧加熱接頭區，當溫度達到600°C 80(TC後在接頭區添加釺劑，然後繼 續加熱接頭區；當其溫度達到90(TC以上時，添加銅基釺料並繼續加熱使之熔化，待熔化的 液態釺料潤溼鋪展並滲入接頭間隙後，逐漸向前移動鎢極氬弧並重複如上過程，直至完成 接頭區焊縫的氬弧熔釺焊，形成完整的釺縫；
其中 上述疊層複合板由厚度為0. 2mm 0. 4mm的純鎳復層與厚度為1. 6mm 2. 4mm的
NiCr基層，通過真空等靜壓軋制和超塑性成形方法製成； 上述鎢極氬弧熔釺焊的工藝參數為電弧電壓10 12V，熔釺焊電流60 90A，氬
3氣流量6 12L/min ; 上述釺劑是粉狀硼砂(Na2B407)、硼酸(H3B03)和氟化鈣(CaF2)的混合物；其中，以 質量分數計，硼砂為15% 25%，硼酸為70% 80%，氟化鈣為5% ;
上述銅基釺料是直徑為2. 0mm 2. 5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系絲材，其成分以質 量分數計為Cu 46% 50%，Ni 9% ll%，Co 1.5% 2.5%，Si 0.1% 0.25%，P 0. 25%，餘為Zn。 上述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法中，所述尺寸規格相當的疊層複合 板與奧氏體不鏽鋼板接頭處的加工採用機械加工或砂輪打磨方式，待焊接頭處要求加工處 理至出現金屬光澤。 上述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法中，所述奧氏體不鏽鋼優選厚度 3mm的牌號為1Crl8Ni9Ti的奧氏體不鏽鋼。 上述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法中，所述裝配間隙優選為0. 2mm 0. 3mm。 上述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法中，所述鎢極氬弧熔釺焊的工藝參 數優選電弧電壓10 11V，熔釺焊電流60 70A，氬氣流量6 9L/min，採用直徑2mm的 釷鎢電極，鎢的質量分數為99. 9 % 。 其中，所述釷鎢電極端部為10° 15°角的尖錐形。 上述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法中，所述氬氣純度大於99. 9%。
本發明提出的用添加銅基釺料實現疊層複合材料與不鏽鋼的鎢極氬弧熔釺焊工 藝，可使接頭處潤溼良好，這種Cu-Zn-Ni-Co合金系的釺料與NiCr疊層複合材料基層和奧 氏體不鏽鋼有很好的互溶性，Ni、 Co對基體有強化作用，提高釺縫的結合強度，形成綜合性 能良好的熔釺焊接頭。採用這種填充銅基釺料的疊層複合材料與不鏽鋼的鎢極氬弧熔釺焊 時，鎢極氬弧中心應稍偏向不鏽鋼一側，可避免鎳復層燒損以及與基層熔合不良的情況發 生。 採用本發明提出的疊層複合材料與不鏽鋼的鎢極氬弧熔釺焊工藝，可得到釺縫成 形美觀、接頭性能和耐腐蝕性良好的熔釺焊接頭。這項技術具有操作方便，工藝穩定，成本 低的特點，適用於疊層複合材料的連接及疊層複合材料與不鏽鋼等異種材料的連接。
具體實施方式
實施例1 : 疊層複合材料與奧氏體不鏽鋼對接的鎢極氬弧熔釺焊。取兩塊相同尺寸規格(試 板尺寸為120mmX80mmX 3mm)的疊層複合材料和奧氏體不鏽鋼板材，對接接頭處不開坡□。 先將加工至要求尺寸的疊層複合材料與奧氏體不鏽鋼對接待焊接頭處用砂紙打 磨至露出金屬光澤。採用直徑2.0mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系釺料作為填充金屬。將疊層復 合材料與不鏽鋼試板水平對接放置，裝配間隙O. 2mm 0. 3mm。採用手工鎢極氬弧加熱進行 填充釺料的熔釺焊，鎢極氬弧熔釺焊的工藝參數為電弧電壓10V，熔釺焊電流60 70A，氬 氣流量6 9L/min。採用直徑2mm的釷鴇電極，鴇的質量分數為99. 9% 。熔釺焊過程中保 護氣體為純度大於99. 9%的氬氣。
操作時鎢極氬弧稍偏向不鏽鋼一側，以防止鎳復層燒損，加熱溫度達到600°C 80(TC以上添加釺劑，該釺劑由粉狀硼砂(25%)與硼酸(75%)的混合物構成；對接縫處溫度達到900°C IIO(TC開始斷續添加釺料，待液態釺料熔化、潤溼鋪展並滲入對接間隙後，鎢極氬弧逐漸向前移動直至形成融合良好的對接釺縫。 所得到的疊層複合材料與不鏽鋼對接熔釺焊縫融合良好、組織均勻，沒有發現微
裂紋、氣孔等缺陷，焊接接頭的性能滿足使用要求。
實施例2 : 疊層複合材料與奧氏體不鏽鋼角接接頭的鎢極氬弧熔釺焊。疊層複合材料和奧氏體不鏽鋼試板尺寸均為80mmX80mmX3mm，兩板角接，接頭處內角接觸處用砂輪打磨成45°角，鈍邊為1. 5mm。 先將加工至要求尺寸的疊層複合材料與奧氏體不鏽鋼角接待焊接頭處用砂紙打磨光潔，露出金屬光澤。採用直徑2. Omm的Cu-Zn-Ni-Co合金系釺料作為填充金屬。
將疊層複合材料與奧氏體不鏽鋼組裝成90°直角，按等腰三角形角接放置，裝配間隙0. 3mm。採用鎢極氬弧加熱試板角接處進行填充釺料的熔釺焊，鎢極氬弧熔釺焊工藝參數為電弧電壓IIV，熔釺焊電流75 90A，氬氣流量8 10L/min，採用直徑2mm的釷鎢電極，鎢的質量分數為99. 9% 。熔釺焊過程中保護氣體為純度大於99. 9%的氬氣。
操作時鎢極氬弧稍偏向不鏽鋼一側，加熱溫度達到600°C 800°C以上添加釺劑，該釺劑由粉狀硼砂(25% )與硼酸(75% )的混合物構成；角接縫處溫度達到900°C IIO(TC開始斷續添加釺料，待熔化的液態釺料潤溼鋪展並滲入接頭間隙後，鎢極氬弧逐漸
向前移動直至形成融合良好和滿足性能要求的角接釺縫。
實施例3 : 將接頭處加工平整且尺寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板水平對接放置，裝配間隙為0. 2mm 0. 3mm，採用鴇極氬弧加熱接頭區，當溫度達到700°C 75(TC後在接頭區添加釺劑，繼續加熱接頭區，當其溫度達到90(TC以上時，再添加銅基釺料並繼續加熱使之熔化；待熔化的液態釺料潤溼鋪展並滲入接頭間隙後，逐漸向前移動鎢極氬弧並重複如上過程，直至完成整條接縫的氬弧熔釺焊，形成完整的釺縫；
其中 上述疊層複合板由厚度為0. 3mm的純鎳復層與厚度為2. 4mm的NiCr基層，通過真空等靜壓軋制而成； 上述奧氏體不鏽鋼為厚度3mm的牌號為1Crl8Ni9Ti的奧氏體不鏽鋼。 上述尺寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板接頭處的加工採用機械加工
或砂輪打磨方式，待焊接頭處要求加工處理至出現金屬光澤； 上述鎢極氬弧熔釺焊的工藝參數為電弧電壓10 11V，熔釺焊電流60 70A，氬氣(氬氣純度大於99. 9% )流量6 9L/min，採用直徑2mm的釷鎢電極，鎢的質量分數為99.9% ;其中所述釷鴇電極端部為10° 15°角的尖錐形； 上述釺劑是粉狀硼砂(Na2B407)、硼酸(H3B03)和氟化鈣(CaF2)的混合物；其中，以質量分數計，硼砂為20%，硼酸為75%，氟化鈣為5% ; 上述銅基釺料是直徑為2. Omm 2. 5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系絲材，其成分以質量分數計為Cu 46% 50%，Ni 9% ll%，Co 1.5% 2.5%，Si 0.1% 0.25%，P
50. 25%，餘為Zn。
權利要求
一種疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，步驟是將接頭處加工平整且尺寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板水平對接放置，裝配間隙為0.2mm～0.5mm，採用鎢極氬弧加熱接頭區，當溫度達到600℃～800℃後在接頭區添加釺劑，然後繼續加熱接頭區；當其溫度達到900℃以上時，再添加銅基釺料並繼續加熱使之熔化，待熔化的液態釺料潤溼鋪展並滲入接頭間隙後，逐漸向前移動鎢極氬弧並重複如上過程，直至完成整條接縫的氬弧熔釺焊，形成完整的釺縫；其中上述疊層複合板由厚度為0.2mm～0.4mm的純鎳復層與厚度為1.6mm～2.4mm的NiCr基層，通過真空等靜壓軋制和超塑性成形方法製成；上述鎢極氬弧熔釺焊的工藝參數為電弧電壓10～12V，熔釺焊電流60～90A，氬氣流量6～12L/min；上述釺劑是粉狀硼砂(Na2B4O7)、硼酸(H3BO3)和氟化鈣(CaF2)的混合物；其中，以質量分數計，硼砂為15％～25％，硼酸為70％～80％，氟化鈣為5％；上述銅基釺料是直徑為2.0mm～2.5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系絲材，其成分以質量分數計為Cu 46％～50％，Ni 9％～11％，Co 1.5％～2.5％，Si 0.1％～0.25％，P 0.25％，餘為Zn。
2. 如權利要求1所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述尺 寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板接頭處的加工採用機械加工或砂輪打磨方式， 待焊接頭處要求加工處理至出現金屬光澤。
3. 如權利要求1所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述奧 氏體不鏽鋼為厚度3mm的牌號為1Crl8Ni9Ti的奧氏體不鏽鋼。
4. 如權利要求1所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述裝 配間隙為0. 2mm 0. 3mm。
5. 如權利要求1所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述鎢 極氬弧熔釺焊優化的工藝參數為電弧電壓10 11V，熔釺焊電流60 70A，氬氣流量6 9L/min，採用直徑2mm的釷鎢電極，鎢的質量分數為99. 9% 。
6. 如權利要求5所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述釷 鎢電極端部為IO。 15°角的尖錐形。
7. 如權利要求1或5所述疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，其特徵在於，所述 氬氣純度大於99.9%。
全文摘要
本發明公開了一種疊層複合材料與不鏽鋼的氬弧熔釺焊方法，是將接頭處加工平整且尺寸規格相當的疊層複合板與奧氏體不鏽鋼板水平對接放置，裝配間隙為0.2mm～0.5mm，採用鎢極氬弧加熱接頭區，當溫度達到600℃～800℃後在接頭區添加釺劑，繼續加熱接頭區；當其溫度達到900℃以上時，再添加銅基釺料並繼續加熱使之熔化，待熔化的液態釺料潤溼鋪展並滲入接頭間隙後，逐漸向前移動鎢極氬弧並重複如上過程，直至完成整條接縫的氬弧熔釺焊，形成完整的釺縫。本發明的方法可獲得無裂紋、界面結合良好的熔釺焊接頭，適於疊層複合材料低負荷不受熱一端的連接，特別是疊層複合材料與不鏽鋼等異種材料的連接，釺縫具有良好的耐腐蝕性。
文檔編號B23K9/095GK101774062SQ20091025656
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者夏春智, 張永蘭, 李亞江 申請人:山東大學