CN101941106B - 超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺 - Google Patents
超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,其特征在于,步骤如下:(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面进行清理,除去表面的油污和氧化膜,并进行干燥处理;(2)在超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢之间填充Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料;(3)将上述装配好的焊件放入真空加热炉中进行真空钎焊,钎焊温度为1050~1230℃;(4)控制降温速度,真空室温度冷却至100℃以下时将焊件取出。采用本发明的真空钎焊工艺,可得到连接可靠、钎缝成形美观、界面结合稳定的接头,满足航空航天、能源动力、化工设备等领域对高温结构材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及镍基叠层材料的钎焊工艺,尤其涉及超级镍叠层材料与不锈钢异种材料的高温钎焊工艺,属于材料焊接技术领域。
背景技术
超级镍叠层材料是由超级镍复层和Ni-Cr合金基层通过等静压真空轧制而成的一种新型复合材料,其中叠层材料的超级镍复层厚度为0.3~0.6mm,Ni-Cr合金基层厚度约为2.0mm。这种叠层材料复合了超级镍与Ni-Cr高温合金两种材料各自的优点,可以获得单一材料所不具有的物理和化学性能,是制造高推重比发动机和动力部件的理想材料,具有重量轻、使用寿命长的性能特点。
由于超级镍复层与Ni-Cr基层的热物理性能不同,所以这种材料采用熔焊方法焊接时容易产生焊接裂纹,尤其是与不锈钢焊接时,二者的化学成分及热膨胀系数相差很大,使焊接更加困难。中国发明专利ZL 200810016502.8,公开号为:CN101284329,公开了一种填丝钨极氩弧焊方法,通过严格控制焊接参数实现了超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的熔焊,但对于较薄的超级镍叠层材料板材,采用填丝钨极氩弧焊方法易产生焊接变形,并且接头质量受焊接参数的影响较大,如参数或操作不当易引起超级镍复层的过烧、Ni-Cr基层的未熔合等缺陷。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提出了一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温真空钎焊工艺,该工艺不需添加钎剂,通过Ni-Cr-Si-B系镍基高温钎料的自熔合特点将超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢连接到一起,能够获得成形良好、无裂纹、无脆性化合物的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊接头,满足异种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢复合结构1000℃以上高温的使用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,步骤如下:
(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面进行清理,除去表面的油污和氧化膜,并进行干燥处理;
(2)在超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢之间填充Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料,控制接头间隙在0.2~0.4mm;
(3)将上述装配好的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢焊件放入真空加热炉中进行真空钎焊,控制升温速度在15~20℃/min,钎焊温度为1050~1230℃,保温时间10~25min,真空度不低于1.33×10-4Pa;
(4)控制降温速度在20~50℃/min,真空室温度冷却至100℃以下时将焊件取出。
所述步骤(1)中,超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面油污的去除方法是:
小批量生产时,把焊件置于丙酮溶液中超声清洗2~3min,然后用清水冲洗,烘干;
或:大批量生产时,把焊件置于四氯化碳溶液中超声清洗5~8min,然后用清水冲洗,烘干。
所述步骤(1)中,超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面氧化膜的去除方法是:
小批量生产时,用砂纸打磨表面至出现金属光泽,然后用酒精冲洗、吹干;所用的砂纸表面太粗糙或太光滑都不利于钎料扩散和铺展,推荐选用600~1200号的砂纸;
或:大批量生产时,用化学浸蚀的方法除去不锈钢表面的氧化膜,即:把零件置于H2SO4含量为1.16%、HCl含量为15%、HNO3含量为5%(均为体积百分比)的水溶液中,在100℃条件下浸蚀30s,取出用冷水冲洗后烘干。
上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均为常规技术,不属于本发明的发明点,在此不做过多的描述。
所述步骤(2)中,Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料的化学成分为:Ni 79~85%,Cr6.0~8.0%,Si 4.0~5.0%,B 2.5~3.5%,Fe 2.5~3.5%,P≤0.02%,,Ti≤0.05%,Co≤0.10%,C≤0.06%,以质量百分比计。
所述Ni-Cr-SI-B系膏状镍基高温钎料的固相线温度为970℃,液相线温度为1000℃,钎料的熔化温度间隔小,具有良好的流动性。
所述步骤(3)中,在加热过程中,可以设置几个保温平台使真空室内部和焊件温度均匀,特别是厚度较大的焊件,要适当延长保温平台和钎焊过程的保温时间、降低冷却速度。
本发明提出的采用Ni-Cr-Si-B系镍基钎料进行超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温真空钎焊工艺,真空钎焊时由于超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢整体加热,因此接头的变形程度及未熔合都比熔焊时小的多,并且接头质量受焊接操作的影响较小,这种方法可以严格控制工艺参数,接头成形率可达100%。特别适于连接件复杂、精密的耐高温零部件。采用的Ni-Cr-Si-B系镍基钎料,熔点较高,钎料的固相线与液相线温度间隔较小,具有良好的流动性和填缝能力,适于工作温度较高(1000℃以上)的零部件的连接和应用。实现超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊,能够大大推动超级镍叠层复合材料的应用。
本发明提出的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,可形成界面结合良好的钎焊接头,可用于工作温度较高(1000℃以上)的耐热零部件的应用。也可应用于超级镍叠层材料与其他高温合金、金属间化合物的钎焊连接。
本发明提出的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,采用Ni-Cr-Si-B系镍基高温钎料,无需钎剂实现了超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊,并且连接可靠、钎缝成形美观、界面结合稳定,能够发挥超级镍叠层材料的高温性能优势,满足航空航天、能源动力、化工设备等领域对高温结构材料的要求。
附图说明
图1为实施例1中叠层材料与不锈钢高温钎焊接头示意图。
其中,①:叠层复合材料;②:Cr18-Ni8不锈钢;③:Ni-Cr-Si-B钎料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
厚度为2.6mm的超级镍叠层材料与厚度为2.6mm的Cr18-Ni8不锈钢平板对接钎焊。被连接件长度30mm,宽度为10mm。超级镍叠层材料复层的厚度为0.3mm,Ni-Cr基层的厚度为2.0mm。
具体的高温真空钎焊工艺步骤如下:
(1)焊前将被连接件置于四氯化碳溶液中超声清洗3min,取出用冷水冲洗干净后烘干。用600号砂纸打磨除去超级镍叠层材料和不锈钢待连接件表面的氧化膜,用酒精冲洗后吹干。
(2)将被连接件放置在铺有云母箔片的真空室石墨板上,云母箔片的作用是防止钎料与石墨板粘连在一起。把膏状Ni-Cr-Si-B系高温镍基钎料涂于接头间隙,间隙两端加入厚度为0.2mm的不锈钢箔片控制接缝间隙,用刀片除去钎缝周围多余的钎料,被连接件用不锈钢工装板固定和夹紧。所用的Ni-Cr-Si-B系镍基高温钎料的化学成分(质量分数)为:Ni 82%,Cr 7.0%,Si 4.5%,B 3.1%,Fe 3.0%,C≤0.06%。
(3)把固定好的被连接件放入真空炉中进行真空钎焊,钎焊温度为1060℃,保温时间为20min,真空度为1.33×10-4Pa。加热过程分为如下几个阶段:①室温加热至300℃,加热速度15℃/min;②保温300℃×5min;③加热至800℃,加热速度15℃/min;④保温800℃×5min;⑤加热至1000℃,加热速度10℃/min;⑥保温1000℃×10min;⑦加热至1060℃,加热速度8℃/min。
(4)真空室温度冷却至80℃时将被连接件取出。
获得的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢钎焊接头成形良好,钎缝无裂纹、无脆性化合物产生,满足被连接件在较高温度下的使用要求,如图1所示。
实施例2:
厚度为3mm的超级镍叠层材料与厚度为3mm的Cr18-Ni8不锈钢直角连接。被连接件长度30mm,宽度为20mm,超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢尺寸相同。超级镍叠层材料复层厚度为0.3m,Ni-Cr合金基层的厚度为2.4mm。
具体的真空高温钎焊工艺步骤如下:
(1)现将叠层复合材料和不锈钢接头处打磨成45°斜角;将被连接件置于四氯化碳溶液中超声清洗5min,取出用冷水冲洗干净后烘干。用600号砂纸打磨除去超级镍叠层材料和不锈钢待钎焊表面的氧化膜,用酒精冲洗后吹干。
(2)将被连接件放置在铺有云母箔片的石墨板上,云母箔片的作用是防止连接件与石墨板粘连。将叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢角接,把Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料涂于角接缝隙处,接缝间隙0.2mm,缝隙两端加入厚度为0.2mm的不锈钢箔片控制间隙;用刀片除去钎缝周围多余的钎料,被连接件用不锈钢工装板固定和夹紧。所有的Ni-Cr-Si-B系镍基高温钎料的化学成分(质量分数)为:Ni 82%,Cr 7.0%,Si 4.5%,B 3.1%,Fe 3.0%,C≤0.06%。
(3)把被连接件放入真空炉中进行真空钎焊,钎焊温度为1100℃,保温时间为15min,真空度为1.33×10-4Pa。加热过程分为如下几个阶段:①室温加热至300℃,加热速度15℃/min;②保温300℃×5min;③加热至800℃,加热速度15℃/min;④保温800℃×5min;⑤加热至1000℃,加热速度10℃/min;⑥保温1000℃×15min;⑦加热至1100℃,加热速度10℃/min。
(4)真空室温度冷却至80℃以下时将被连接件取出。
获得的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢角接钎焊接头成形良好,钎缝无裂纹、无脆性化合物产生,满足被连接件在较高温度下的使用要求。
Claims (4)
1.一种超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,其特征在于,步骤如下:
(1)焊前对超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面进行清理,除去表面的油污和氧化膜,并进行干燥处理;
(2)在超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢之间填充Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料,控制接头间隙在0.2~0.4mm;
(3)将上述装配好的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢焊件放入真空加热炉中进行真空钎焊,控制升温速度在15~20℃/min,钎焊温度为1050~1230℃,保温时间10~25min,真空度不低于1.33×10-4Pa;
(4)控制降温速度在20~50℃/min,真空室温度冷却至100℃以下时将焊件取出。
2.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,其特征在于:
所述步骤(1)中,超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面油污的去除方法是:把焊件置于丙酮溶液中超声清洗2~3min,然后用清水冲洗,烘干;或:把焊件置于四氯化碳溶液中超声清洗5~8min,然后用清水冲洗,烘干。
3.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,其特征在于:
所述步骤(1)中,超级镍叠层材料和Cr18-Ni8不锈钢待焊表面氧化膜的去除方法是:用砂纸打磨表面至出现金属光泽,然后用酒精冲洗、吹干;或:把零件置于H2SO4含量为1.16%、HCl含量为15%、HNO3含量为5%的水溶液中,在100℃条件下浸蚀30s,取出用冷水冲洗后烘干。
4.根据权利要求1所述的超级镍叠层材料与Cr18-Ni8不锈钢的高温钎焊工艺,其特征在于:
所述步骤(2)中,Ni-Cr-Si-B系膏状镍基高温钎料的化学成分为:Ni 79~85%,Cr 6.0~8.0%,Si 4.0~5.0%,B 2.5~3.5%,Fe 2.5~3.5%,P≤0.02%,,Ti≤0.05%,Co≤0.10%,C≤0.06%,以质量百分比计。
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