CN102260809A - 用于tlp焊接q235钢和316l钢的中间层合金及制备方法 - Google Patents

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翟秋亚
徐锦锋
仝都喜
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Abstract

本发明公开了一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金及该非晶态中间层合金的制备方法，实施步骤是：步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni；再用硼酐分别进行净化处理；A2、将Fe均分为两份，按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金两在一起进行二次熔配，得到需要的母合金；步骤B、应用单辊快速凝固装置，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。本发明的非晶态中间层合金易于获得单晶态的焊接接头。

Description

用于TLP焊接Q235钢和316L钢的中间层合金及制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，本发明还涉及该种非晶态中间层合金的制备方法。
背景技术
Q235低碳钢和316L不锈钢被广泛应用于天然气输运和石油化工等领域。然而，由于不锈钢具有大的线膨胀系数和低的电导率，采用普通的熔化焊连接容易产生热裂纹、焊接变形以及焊接残余应力等缺陷，严重影响焊接结构质量。
瞬时液相扩散焊接方法(Transient Liquid-phase bonding，简称TLP焊接)，是将特定成分的中间层合金置于两待焊件之间，在焊接加热过程中，中间层合金熔化填缝，并在随后保温时由于降熔元素的扩散实现与母材的冶金接合，最终获得组织和成分与母材一致的焊接接头的高性能的连接方法。该法焊接温度低、压力小，自动化程度高，可用于常用焊接方法难以胜任的场合，具有广阔的应用前景。TLP焊接头性能主要与中间层合金成分及TLP焊工艺有关，但是，目前还没有合适的中间层合金，导致现有Q235低碳钢和316L不锈钢的TLP焊接性能不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，该种非晶态中间层合金具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性，而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的焊接接头。
本发明的另一目的在于提供一种上述非晶态中间层合金的制备方法。
本发明采用的技术方案是，一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。
本发明采用的另一技术方案是，一种权利要求1所述的非晶态中间层合金的制备方法，该方法按照以下步骤实施：
步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：
A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；
A2、将步骤A1净化处理好的Fe均分为两份，，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；
A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金一起进行二次熔配，得到需要的母合金；
步骤B、应用单辊快速凝固装置，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。
本发明的具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的焊接接头；非晶态中间层合金柔韧性能好，便于加工和装配；该中间层合金的制备方法步骤简单，容易操作，制作成本低，便于推广。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。
本发明的非晶态中间层合金成分中，各组分及含量限定理由是：
为了提高低碳钢/不锈钢接头的综合力学性能，中间层主要元素选择Ni-Si-Cr-Fe-B系合金。主要原因有三点：由于Fe能够与Ni无限固溶，且镍为非碳化物形成元素，可避免金属间化合物的产生，316L不锈钢TLP焊用中间层合金选用Ni基合金。降熔元素选用原子半径较小、扩散速度较快的Si、B元素。Cr和Fe元素则是作为添加元素少量加入，旨在调节焊缝性能，使之与母材相匹配。
本发明前述的非晶态中间层合金的制备方法，按照以下步骤实施，
步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：
A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。所有各种高纯金属的纯度均高于99.99％；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；
A2、将步骤A1净化处理好的Fe均分为两份，，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；
A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金在一起进行二次熔配，得到需要的母合金。
步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-10m/s，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。所制备得到的非晶态中间层合金箔材厚度为25-60μm，宽3-7mm，长1-2m。
将本发明的非晶态中间层合金分别用于TLP方法中来焊接Q235/Q235、Q235/316L、316L/316L的试样接头，装配时先将箔材置于两个待焊母材之间，然后按照常规TLP焊方法对装配好的接头进行加热、保温和凝固，实现Q235低碳钢和316L不锈钢的连接。使用本发明的非晶态的中间层合金箔材进行Q235低碳钢和316L不锈钢的TLP连接，与现有工艺操作条件相似，工艺简单，操作方便。
下表1中列举了实施例1-5中的各个组分含量。
表1实施例1-5中的各个组分含量表
Figure BDA0000074029350000041
实施例1：
依照表1中实施例1的数据选取各组分元素含量，并按照以下步骤实施：
步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：
A1、称量各种高纯金属，各种高纯金属的纯度均高于99.99％，，再用硼酐将称量好的各高纯金属分别进行净化处理；
A2、将步骤A1净化处理好的Fe分为两份，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；
A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金两在一起进行二次熔配，得到需要的母合金。
步骤B、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5m/s，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。
本实施例1所制备得到的非晶态中间层合金箔材厚度为25-60μm，宽约3-7mm，长约1-2m。应用该非晶态的中间层合金箔材，对Q235与Q235采用TLP方法来焊接。焊接工艺参数为：真空度10-3Pa，焊接压力3-15MPa，升温速度30-100℃/s，焊接温度1000-1300℃，保温时间3-20min。获得的焊接接头抗弯角达90°。
实施例2：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例2的数据选取各组分元素及含量，制备出厚度为25-60μm，宽约3-7mm，长约1-2m的非晶态中间层合金箔材。应用该非晶态的中间层合金箔材，对Q235/316L钢采用TLP方法来焊接。焊接工艺参数为：真空度10-3Pa，焊接压力12.0MPa，升温速度50℃/s，焊接温度1000℃，保温时间10min。获得的焊接接头抗弯角达110°。
实施例3：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例3的数据选取各组分元素及含量，制备出厚度为25-60μm，宽约3-7mm，长约1-2m的非晶态中间层合金箔材。应用该非晶态的中间层合金箔材，对316L与316L不锈钢采用TLP方法来焊接。焊接工艺参数为：升温速度50℃/s、连接压力12.7MPa、焊接温度1150℃、保温时间10min，Si元素向母材的扩散深度达35μm。获得的焊接接头抗弯角达135°。
实施例4：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例4的数据选取各组分元素及含量，应用该非晶态的中间层合金箔材，对Q235/316L钢采用TLP方法来焊接。焊接工艺参数为：真空度10-3Pa，焊接压力10.5MPa，升温速度50℃/s，焊接温度1100℃，保温时间10min。获得的焊接接头抗弯角达115°。
实施例5：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例5的数据选取各组分元素及含量，应用该非晶态的中间层合金箔材，对316L与316L不锈钢采用TLP方法来焊接。焊接工艺参数为：真空度10-3Pa，焊接压力12.7MPa，升温速度50℃/s，焊接温度1150℃，保温时间12min。获得的焊接接头抗弯角达140°。
综上所述，本发明的非晶态中间层合金，合金箔材柔韧性好，便于加工和装配；采用TLP方法来焊接时与Q235及316L钢的匹配性好、焊缝耐腐蚀性能良好，接头综合机械性能较高；该种中间层合金箔材的制备方法，工艺简单，制作成本低，便于推广。

Claims (2)

1.一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，其特征在于，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。
2.一种权利要求1所述的非晶态中间层合金的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施：
步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：
A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；
A2、将步骤A1净化处理好的Fe均分为两份，，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；
A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金一起进行二次熔配，得到需要的母合金；
步骤B、应用单辊快速凝固装置，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。
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