一種因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝的製作方法
2023-11-11 14:06:52
專利名稱：一種因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝的製作方法
技術領域：
本發明是涉及一種因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，屬於合金焊接 技術領域。
背景技術：
因瓦合金具有低膨脹係數的特點，在航空航天精密關鍵零部件、軍事武器 以及石油運輸容器等儀器、設備的生產中應用廣泛。但由於因瓦合金強度較低、 耐磨性和高溫性能差，在特珠的應用場合，常常無法發揮其因瓦性的優勢。國
內外在因瓦合金強化領域開展了許多研究，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。
硬質合金具有較高的強度、較好的耐磨性、較低的熱膨脹係數以及良好的 高溫紅硬性，在要求材料具有耐磨、耐高溫、 一定溫度範圍內變形隨溫度變化 保持恆定或變化不大的高端硬質合金工具或精密儀器的研發中具有十分重要 的地位。本發明人研究發現利用焊接技術，通過將因瓦合金和硬質合金連接， 可使兩者揚長避短，滿足特殊場合要求。本發明人已在中國專利 200810035711.7中公開了 一種硬質合金連接件，其是由高粘結相硬質合金與因 瓦合金通過鎢極氬弧自動焊接工藝焊接而成，所焊接的硬質合金連接件既具有 硬質合金的高強度、高耐磨性以及良好的紅硬性，又具有因瓦合金在一定溫度 範圍內具有因瓦效應的恆定熱膨脹性能，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，但上述發明所採用的鎢極 氬弧焊接方法只適合中薄板因瓦合金與硬質合金的焊接，且需要多次翻轉焊接 才能成型，無法實現厚板因瓦合金與硬質合金的焊接。
目前，實現厚板合金的焊接是釆用雷射焊接等高能東焊接方法，但雷射焊
存在以下具體問題(1)雷射在母材表面形成反射，能量損失較大，需要進行黑化處理；(2)雷射搭橋性能差，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合金一側 有脆硬n相形成，降低接頭性能；(4)需要引入焊後滲氮等焊後處理工序。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種因瓦合金與硬質合金焊 接件的焊接工藝，以實現厚板因瓦合金與硬質合金的焊接。 為實現上述發明目的，本發明的技術方案如下
本發明提供的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵在於採用 雷射-氬弧複合焊接方法，其具體步驟如下
a) 將待焊接的因瓦合金與硬質合金工件固定在工作檯上；
b) 將雷射焊槍與氬弧焊槍固定在同一構架上，且氬弧焊槍設置在雷射焊 槍的前進方向上；另外，雷射焊槍垂直於被焊工件，氬弧焊槍與雷射焊槍的軸 線成30° ~60°角度；
c) 焊接前通過雷射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複合焊槍沿工件對接面向前移動實現焊 接；其中，氬弧焊接的工藝參數如下氬弧功率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,焯接過程採用直流正 接法；雷射焊接的工藝參數如下雷射功率0.9~10kW,氬氣流量20L/min, 負離焦2mm,焊接速度l~7mm/sec。
上述雷射-氬弧複合焊接工藝，焊接時可不開坡口，不添加填充材料，焊 後不需要滲氮處理。
所述雷射-氬弧複合焊接工藝，以雷射光斑及氬弧槍尖對準偏離焊縫中心 線的因瓦合金一側最好。
所述因瓦合金優選MFeC基稀土因瓦合金，其組成及組成質量百分比優選 如下30%~42%Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3 ~ 5% Y, 1 ~ 2%Ti 及餘量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相且分布範圍較寬；當C為0.6%~1.0%、 Y為3.5y。時，焊縫界面無 ri相形成。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下
因本發明工藝通過氬弧焊與雷射焊的複合作用，實現了厚板因瓦合金與硬 質合金的焊接，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，焊後不需要滲氮處理，且焊後試樣界面 無氣孔、裂紋，界面脆硬il相可控；因此，本發明工藝不僅克服了現有技術的 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 良及適於工業化實施的焊接工藝。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細、完整地說明 實施例1
選擇因瓦合金(其組成及組成質量百分比為42。/。Ni及58。/。Fe)為被焊 材料l,選擇硬質合金為被焊材料2,將待焊接的因瓦合金與硬質合金工件固 定在工作檯上；選用型號為NASTERTIG AC/DC 2500的鎢極氬弧焊機和TLF 15000型C02雷射器，將雷射焊槍與氬弧焊槍固定在同一構架上，且氬弧焊槍 設置在雷射焊槍的前進方向上，雷射焊槍垂直於被焊工件，氬弧焊槍與雷射焊 槍的軸線成30°;焊接前通過雷射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複合焊槍沿工件對接面向前移動實現 焊接；其中，氬弧焊的工藝參數如下氬弧功率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；雷射焊的 工藝參數如下雷射功率6kW、氬氣流量20L/min、負離焦2mm、焊接速度
經檢測本實施例所製備的焊接件的焊接接頭無氣孔、裂紋，界面近硬質 合金一側形成小區域塊狀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(其組成及組成質量百分比為42%Ni、 0.3%C、 3.4%Mn、 0.5%Si、 3.5%Y， 1.5。/。Ti及餘量Fe)為被焊材料1，選擇硬質合金為被焊材料 2,將待焊接的因瓦合金與硬質合金工件固定在工作檯上；選用型號為 NASTERTIG AC/DC 2500的錫極氬弧焊機和TLF 15000型C02雷射器，將激 光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構架上，且氬弧焊槍設置在雷射焊槍的前進方向 上，雷射焊槍垂直於被焊工件，氬弧焊槍與雷射焊槍的軸線成60。；焊接前通 過雷射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 軸機器人帶動複合焊槍沿工件對接面向前移動實現焊接；其中，氬弧焊的工藝 參數如下氬弧功率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；雷射焊的工藝參數如下雷射功率5kW, 氬氣流量20L/min,負離焦2mm,焊接速度4mm/sec。
經檢測本實施例所製備的焊接件的焊接接頭無氣孔、裂紋，界面近硬質 合金一側較大區域彌散分布有細小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(其組成及組成質量百分比為42°/。Ni、 0.8%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3.5%Y, 1.5。/。Ti及餘量Fe)為被焊材料1,選擇硬質合金為被焊材料 2，將待焊接的因瓦合金與硬質合金工件固定在工作檯上；選用型號為 NASTERTIG AC/DC 2500的鎢極氬弧焊機和TLF 15000型002雷射器，將激 光焊槍與氬弧焊槍固定在同一構架上，且氬弧焊槍設置在雷射焊槍的前進方向 上，雷射焊槍垂直於被焊工件，氬弧焊槍與雷射焊槍的軸線成45。角度；焊接 前通過雷射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 用六軸機器人帶動複合焊槍沿工件對接面向前移動實現焊接；其中，氬弧焊的 工藝參數如下氬弧功率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；雷射焊的工藝參數如下雷射功率4.5kW, 氬氣流量20L/min,負離焦2mm，焊接速度4mm/sec。
經檢測本實施例所製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。
權利要求
1. 一種因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵在於採用雷射-氬弧複合焊接方法，其具體步驟如下a)將待焊接的因瓦合金與硬質合金工件固定在工作檯上；b)將雷射焊槍與氬弧焊槍固定在同一構架上，且氬弧焊槍設置在雷射焊槍的前進方向上；另外，雷射焊槍垂直於被焊工件，氬弧焊槍與雷射焊槍的軸線成30°～60°角度；c)焊接前通過雷射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複合焊槍沿工件對接面向前移動實現焊接；其中，氬弧焊接的工藝參數如下氬弧功率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，焊接過程採用直流正接法；雷射焊接的工藝參數如下雷射功率0.9～10kW，氬氣流量20L/min，負離焦2mm，焊接速度1～7mm/sec。
2. 根據權利要求1所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵 在於焊接時不開坡口，不添加填充材料，焊後不需要滲氮處理。
3. 根據權利要求l或2所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其 特徵在於雷射光斑及氬弧槍尖對準偏離焊縫中心線的因瓦合金一側。
4. 根據權利要求1所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵 在於所述因瓦合金為NiFeC基稀土因瓦合金。
5. 根據權利要求4所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵 在於所述NiFeC基稀土因瓦合金的組成及組成質量百分比如下30% ~ 42% Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3~5%Y， 1 ~ 2%Ti及餘量Fe。
6. 根據權利要求5所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵 在於所述NiFeC基稀土因瓦合金的組成中的C為0.2%~0.4%、 Y為3.5%。
7. 根據權利要求5所述的因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，其特徵 在於所述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
本發明公開了一種因瓦合金與硬質合金焊接件的焊接工藝，所述工藝是採用雷射-氬弧複合焊接方法，實現了厚板因瓦合金與硬質合金的焊接，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，焊後不需要滲氮處理，且焊後試樣界面無氣孔、裂紋，界面脆硬η相可控。因此，本發明工藝不僅克服了現有技術的缺陷，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、性能優良及適於工業化實施的焊接工藝。
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 優先權日2008年12月5日
發明者何建萍, 劉瑞軍, 徐培全 申請人:上海工程技術大學