CN101774062B - 一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法 - Google Patents

一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，是将接头处加工平整且尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板水平对接放置，装配间隙为0.2mm～0.5mm，采用钨极氩弧加热接头区，当温度达到600℃～800℃后在接头区添加钎剂，继续加热接头区；当其温度达到900℃以上时，再添加铜基钎料并继续加热使之熔化，待熔化的液态钎料润湿铺展并渗入接头间隙后，逐渐向前移动钨极氩弧并重复如上过程，直至完成整条接缝的氩弧熔钎焊，形成完整的钎缝。本发明的方法可获得无裂纹、界面结合良好的熔钎焊接头，适于叠层复合材料低负荷不受热一端的连接，特别是叠层复合材料与不锈钢等异种材料的连接，钎缝具有良好的耐腐蚀性。

Description

一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法
技术领域
本发明涉及一种叠层复合材料的焊接工艺，尤其涉及一种叠层复合材料与不锈钢异种材料之间的钨极氩弧熔钎焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
由超级镍复层和NiCr合金基层通过真空等静压轧制和超塑性成形方法制成的叠层复合材料，具有良好的高温性能以及抗氧化、耐腐蚀性，可以应用于航空航天、能源动力、石油化工等领域。真空等静压轧制是在真空条件下通过控制压力保持恒定轧制压力的一种真空轧制方法。这种叠层复合材料利用厚度仅0.2mm～0.4mm的纯镍作韧化复层，具有很好的耐高温和抗疲劳性能。将这种叠层复合材料与其他材料连接形成复合结构能减轻构件的质量、发挥各自的性能，用于先进的动力设备部件具有独特的优势。
但是，实现叠层复合材料的焊接难度很大，使其应用受到限制。作为一种极具发展潜力的新型高温结构材料，焊接性问题是制约叠层复合材料整体加工性能和应用前景的主要障碍。因为含镍叠层复合材料熔焊时易形成低熔点物质，存在热裂纹敏感性；焊缝金属凝固时的组织偏析以及脆性相的析出，致使焊缝的塑性降低；而且叠层复合材料焊接时复层金属受热熔化易于局部脱离基层，致使基层熔合性差，阻碍了叠层复合材料的推广应用。
但是，在某些特定场合，受热部件仅有一部分结构经受特定的负荷、温度和介质的作用，另一端仍在常温低负荷下工作。这样不受热一端的叠层复合材料与不锈钢连接处即可采用熔钎焊技术来连接。目前，国内外文献中尚未见有关叠层复合材料与不锈钢异种材料之间氩弧熔钎焊技术的报道。
发明内容
针对现有叠层复合材料焊接技术的不足，本发明提出了一种简便易行、焊接效率高和适应性强的用于叠层复合材料与不锈钢的钨极氩弧熔钎焊方法。本发明的方法可获得无裂纹、界面结合良好的熔钎焊接头，适于叠层复合材料不受热一端的连接，特别是叠层复合材料与奥氏体不锈钢等异种材料的连接，钎缝具有良好的耐腐蚀性。
本发明所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，步骤是：将接头处加工平整且尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板水平对接放置，装配间隙为0.2mm～0.5mm，采用钨极氩弧加热接头区，当温度达到600℃～800℃后在接头区添加钎剂，然后继续加热接头区；当其温度达到900℃以上时，添加铜基钎料并继续加热使之熔化，待熔化的液态钎料润湿铺展并渗入接头间隙后，逐渐向前移动钨极氩弧并重复如上过程，直至完成接头区焊缝的氩弧熔钎焊，形成完整的钎缝；
其中：
上述叠层复合板由厚度为0.2mm～0.4mm的纯镍复层与厚度为1.6mm～2.4mm的NiCr基层，通过真空等静压轧制和超塑性成形方法制成；
上述钨极氩弧熔钎焊的工艺参数为：电弧电压10～12V，熔钎焊电流60～90A，氩气流量6～12L/min；
上述钎剂是粉状硼砂(Na2B4O7)、硼酸(H3BO3)和氟化钙(CaF2)的混合物；其中，以质量分数计，硼砂为15％～25％，硼酸为70％～80％，氟化钙为5％；
上述铜基钎料是直径为2.0mm～2.5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系丝材，其成分以质量分数计为：Cu 46％～50％，Ni 9％～11％，Co 1.5％～2.5％，Si 0.1％～0.25％，P 0.25％，余为Zn。
上述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法中，所述尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板接头处的加工采用机械加工或砂轮打磨方式，待焊接头处要求加工处理至出现金属光泽。
上述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法中，所述奥氏体不锈钢优选厚度3mm的牌号为1Cr18Ni9Ti的奥氏体不锈钢。
上述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法中，所述装配间隙优选为0.2mm～0.3mm。
上述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法中，所述钨极氩弧熔钎焊的工艺参数优选：电弧电压10～11V，熔钎焊电流60～70A，氩气流量6～9L/min，采用直径2mm的钍钨电极，钨的质量分数为99.9％。
其中，所述钍钨电极端部为10°～15°角的尖锥形。
上述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法中，所述氩气纯度大于99.9％。
本发明提出的用添加铜基钎料实现叠层复合材料与不锈钢的钨极氩弧熔钎焊工艺，可使接头处润湿良好，这种Cu-Zn-Ni-Co合金系的钎料与NiCr叠层复合材料基层和奥氏体不锈钢有很好的互溶性，Ni、Co对基体有强化作用，提高钎缝的结合强度，形成综合性能良好的熔钎焊接头。采用这种填充铜基钎料的叠层复合材料与不锈钢的钨极氩弧熔钎焊时，钨极氩弧中心应稍偏向不锈钢一侧，可避免镍复层烧损以及与基层熔合不良的情况发生。
采用本发明提出的叠层复合材料与不锈钢的钨极氩弧熔钎焊工艺，可得到钎缝成形美观、接头性能和耐腐蚀性良好的熔钎焊接头。这项技术具有操作方便，工艺稳定，成本低的特点，适用于叠层复合材料的连接及叠层复合材料与不锈钢等异种材料的连接。
具体实施方式
实施例1：
叠层复合材料与奥氏体不锈钢对接的钨极氩弧熔钎焊。取两块相同尺寸规格(试板尺寸为120mm×80mm×3mm)的叠层复合材料和奥氏体不锈钢板材，对接接头处不开坡口。
先将加工至要求尺寸的叠层复合材料与奥氏体不锈钢对接待焊接头处用砂纸打磨至露出金属光泽。采用直径2.0mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系钎料作为填充金属。将叠层复合材料与不锈钢试板水平对接放置，装配间隙0.2mm～0.3mm。采用手工钨极氩弧加热进行填充钎料的熔钎焊，钨极氩弧熔钎焊的工艺参数为：电弧电压10V，熔钎焊电流60～70A，氩气流量6～9L/min。采用直径2mm的钍钨电极，钨的质量分数为99.9％。熔钎焊过程中保护气体为纯度大于99.9％的氩气。
操作时钨极氩弧稍偏向不锈钢一侧，以防止镍复层烧损，加热温度达到600℃～800℃以上添加钎剂，该钎剂由粉状硼砂(25％)与硼酸(75％)的混合物构成；对接缝处温度达到900℃～1100℃开始断续添加钎料，待液态钎料熔化、润湿铺展并渗入对接间隙后，钨极氩弧逐渐向前移动直至形成融合良好的对接钎缝。
所得到的叠层复合材料与不锈钢对接熔钎焊缝融合良好、组织均匀，没有发现微裂纹、气孔等缺陷，焊接接头的性能满足使用要求。
实施例2：
叠层复合材料与奥氏体不锈钢角接接头的钨极氩弧熔钎焊。叠层复合材料和奥氏体不锈钢试板尺寸均为80mm×80mm×3mm，两板角接，接头处内角接触处用砂轮打磨成45°角，钝边为1.5mm。
先将加工至要求尺寸的叠层复合材料与奥氏体不锈钢角接待焊接头处用砂纸打磨光洁，露出金属光泽。采用直径2.0mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系钎料作为填充金属。
将叠层复合材料与奥氏体不锈钢组装成90°直角，按等腰三角形角接放置，装配间隙0.3mm。采用钨极氩弧加热试板角接处进行填充钎料的熔钎焊，钨极氩弧熔钎焊工艺参数为：电弧电压11V，熔钎焊电流75～90A，氩气流量8～10L/min，采用直径2mm的钍钨电极，钨的质量分数为99.9％。熔钎焊过程中保护气体为纯度大于99.9％的氩气。
操作时钨极氩弧稍偏向不锈钢一侧，加热温度达到600℃～800℃以上添加钎剂，该钎剂由粉状硼砂(25％)与硼酸(75％)的混合物构成；角接缝处温度达到900℃～1100℃开始断续添加钎料，待熔化的液态钎料润湿铺展并渗入接头间隙后，钨极氩弧逐渐向前移动直至形成融合良好和满足性能要求的角接钎缝。
实施例3：
将接头处加工平整且尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板水平对接放置，装配间隙为0.2mm～0.3mm，采用钨极氩弧加热接头区，当温度达到700℃～750℃后在接头区添加钎剂，继续加热接头区，当其温度达到900℃以上时，再添加铜基钎料并继续加热使之熔化；待熔化的液态钎料润湿铺展并渗入接头间隙后，逐渐向前移动钨极氩弧并重复如上过程，直至完成整条接缝的氩弧熔钎焊，形成完整的钎缝；
其中：
上述叠层复合板由厚度为0.3mm的纯镍复层与厚度为2.4mm的NiCr基层，通过真空等静压轧制而成；
上述奥氏体不锈钢为厚度3mm的牌号为1Cr18Ni9Ti的奥氏体不锈钢。
上述尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板接头处的加工采用机械加工或砂轮打磨方式，待焊接头处要求加工处理至出现金属光泽；
上述钨极氩弧熔钎焊的工艺参数为：电弧电压10～11V，熔钎焊电流60～70A，氩气(氩气纯度大于99.9％)流量6～9L/min，采用直径2mm的钍钨电极，钨的质量分数为99.9％；其中所述钍钨电极端部为10°～15°角的尖锥形；
上述钎剂是粉状硼砂(Na2B4O7)、硼酸(H3BO3)和氟化钙(CaF2)的混合物；其中，以质量分数计，硼砂为20％，硼酸为75％，氟化钙为5％；
上述铜基钎料是直径为2.0mm～2.5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系丝材，其成分以质量分数计为：Cu 46％～50％，Ni 9％～11％，Co 1.5％～2.5％，Si 0.1％～0.25％，P 0.25％，余为Zn。

Claims (7)

1.一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，步骤是：将接头处加工平整且尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板水平对接放置，装配间隙为0.2mm～0.5mm，采用钨极氩弧加热接头区，当温度达到600℃～800℃后在接头区添加钎剂，然后继续加热接头区；当其温度达到900℃以上时，再添加铜基钎料并继续加热使之熔化，待熔化的液态钎料润湿铺展并渗入接头间隙后，逐渐向前移动钨极氩弧并重复如上过程，直至完成整条接缝的氩弧熔钎焊，形成完整的钎缝；
其中：
上述叠层复合板由厚度为0.2mm～0.4mm的纯镍复层与厚度为1.6mm～2.4mm的NiCr基层，通过真空等静压轧制和超塑性成形方法制成；
上述钨极氩弧熔钎焊的工艺参数为：电弧电压10～12V，熔钎焊电流60～90A，氩气流量6～12L/min；
上述钎剂是粉状硼砂、硼酸和氟化钙的混合物；其中，以质量分数计，硼砂为15％～25％，硼酸为70％～80％，氟化钙为5％；
上述铜基钎料是直径为2.0mm～2.5mm的Cu-Zn-Ni-Co合金系丝材，其成分以质量分数计为：Cu 46％～50％，Ni 9％～11％，Co 1.5％～2.5％，Si 0.1％～0.25％，P 0.25％，余为Zn。
2.如权利要求1所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述尺寸规格相当的叠层复合板与奥氏体不锈钢板接头处的加工采用机械加工或砂轮打磨方式，待焊接头处要求加工处理至出现金属光泽。
3.如权利要求1所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为厚度3mm的牌号为1Cr18Ni9Ti的奥氏体不锈钢。
4.如权利要求1所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述装配间隙为0.2mm～0.3mm。
5.如权利要求1所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述钨极氩弧熔钎焊优化的工艺参数为：电弧电压10～11V，熔钎焊电流60～70A，氩气流量6～9L/min，采用直径2mm的钍钨电极，钨的质量分数为99.9％。
6.如权利要求5所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述钍钨电极端部为10°～15°角的尖锥形。
7.如权利要求1或5所述叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，其特征在于，所述氩气纯度大于99.9％。
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