CN103252577A - 一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法 - Google Patents

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徐培全
任江伟
马丁
卢庆华
邓沛然
杨尚磊
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Abstract

本发明公开了一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，所述焊接头的一侧是硬质合金，另一侧是钢或者钛合金；其特征在于：采用添加稀土Sc2O3的因瓦合金作为焊接材料，采用激光填丝焊接工艺进行焊接。利用本发明技术可有效解决现有技术中存在的因激光焊接头界面碳化钨发生溶解致使硬质合金原有的组织和性能破坏，使硬质合金失效的技术问题，可有效控制制造耐磨底座结构零部件、油气运输阀门组件、油轮容器、航空结构件以及高端硬质合金工具过程中发生的激光焊接头界面碳化钨的溶解，可促使耐磨底座结构零部件产业的升级，实现油气运输关键设备中硬质合金-钢焊接件以及高端硬质合金工具的制造。

Description

一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法
技术领域
本发明涉及一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，属于激光焊接技术领域。
背景技术
上世纪八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，随着激光技术、焊接技术和机器人技术的迅速发展，在中国，以激光焊接技术为代表的技术已经开始进入生产阶段，成为经济增长方式转变和提高产品附加值的重要驱动力，主要应用包括：(1)主要用于耐磨底座结构零部件、油气运输阀门组件及油轮容器的环形结构件；(2)主要用于航空结构件以及高端硬质合金工具的直焊缝结构件。研究表明，利用激光束作为热源，可实现硬质合金与钢的焊接并获得完整的焊缝成形，然而，在采用激光作为热源，无坡口无填充焊接条件下，硬质合金中的碳化钨会发生溶解，如边缘溶解、穿晶断裂、团聚粗化以及大范围裂解等问题。焊缝上部两侧硬质合金中的碳化钨颗粒边界和尖角会发生局部溶解破坏，以致破坏硬质合金原有的组织和性能，使硬质合金失效，成为耐磨底座结构零部件产业升级、油气运输关键设备中硬质合金-钢焊接件以及高端硬质合金工具制造的关键问题和主要瓶颈。
发明内容
针对现有技术所存在的上述问题，本发明的目的是提供一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，所述焊接头的一侧是硬质合金，另一侧是钢或者钛合金；其特征在于：采用添加稀土Sc2O3的因瓦合金作为焊接材料，采用激光填丝焊接工艺进行焊接。
作为进一步优选方案，所述的硬质合金的含钴量为6～40wt％。
作为进一步优选方案，所述的硬质合金不开坡口；所述的钢或者钛合金在被焊母材厚度小于6mm时开单边Y型坡口，在被焊母材厚度大于等于6mm时开K型坡口。
作为进一步优选方案，添加稀土Sc2O3的因瓦合金的组成如下：Ni占36～42％，Mn占0.2～0.5％，Sc2O3占2～6％，Si≤0.5％，C≤0.0065％，S≤0.0065％，P≤0.006％，余量为Fe。
作为更进一步优选方案，所述的因瓦合金是采用真空感应熔炼方法制备而得，熔炼温度为1400～1500℃。
作为进一步优选方案，进行激光填丝焊接工艺如下：激光功率为3～6kW，光斑直径为1～1.5mm，离焦量为0～8mm，焊接速率为10～25mm/s，保护气体为氦气，气体流量为32L/min，手动送丝。
作为进一步优选方案，进行焊接的焊缝结构为环形焊缝结构或直焊缝结构。
利用本发明技术可有效解决现有技术中存在的因激光焊接头界面碳化钨发生溶解致使硬质合金原有的组织和性能破坏，使硬质合金失效的技术问题，可有效控制制造耐磨底座结构零部件、油气运输阀门组件、油轮容器、航空结构件以及高端硬质合金工具过程中发生的激光焊接头界面碳化钨的溶解，可促使耐磨底座结构零部件产业的升级，实现油气运输关键设备中硬质合金-钢焊接件以及高端硬质合金工具的制造。
附图说明
图1是在不同焊接条件下的硬质合金界面侧碳化钨的溶解行为对照图，其中：a图是在钨极氩弧焊接条件下；b图和c图是在激光-氩弧复合焊接条件下；d图是在本发明的激光焊接条件下；
图2为实施例1制得的“硬质合金-因瓦合金-钢”激光焊缝显微组织图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细、完整地说明。
实施例1
选择WC-30Co硬质合金和45钢作为被焊母材，被焊母材的厚度为3mm；添加稀土Sc2O3的因瓦合金作为焊接材料；清除硬质合金、钢、因瓦合金表面的锈蚀、氧化膜或油污后，于150℃烘干备用；所述的因瓦合金的组成如下：Ni占42％，Mn占0.3％，Si占0.2％，Sc2O3占4％，C≤0.006％，S≤0.006％，P≤0.006％，余量为Fe；且所述的因瓦合金是采用真空感应熔炼方法制备而得，熔炼温度为1460℃，模壳浇注成棒状，自然冷却，锻打压锭成型；
硬质合金侧不开坡口；钢侧开单边Y型坡口，并用丙酮或乙醇清洗坡口表面；
使待焊区域局部预热到120℃，然后采用激光填丝焊接工艺施焊：激光功率为3kW，光斑直径为1mm，离焦量为0mm，焊接速率为12mm/s，保护气体为氦气，气体流量为32L/min，手动送丝，焊后缓冷；
取样，沿横截面剖切，进行宏微观分析。
经检测，在硬质合金与钢的焊接过程中，采用添加稀土Sc2O3的因瓦合金作为焊接材料，采用激光填丝焊接工艺，在硬质合金侧界面没有发现溶解的碳化钨，如图1(d)所示，有效控制了硬质合金与钢焊接过程中发生的界面碳化钨溶解问题。图1(a)是在钨极氩弧焊接条件下的硬质合金界面侧碳化钨的溶解行为图；图1(b)和(c)是在激光-氩弧复合焊接条件下硬质合金界面碳化钨的溶解行为图；从图1可以得知，在无填充材料的条件下，由于要保证焊件的熔透，必须具有足够的焊接热输入，以致硬质合金侧界面碳化钨发生一定量的溶解，相比较而言，钨极氩弧焊接条件下的碳化钨溶解量最大，而采用本发明技术没有发生界面碳化钨溶解现象。
图2是本实施例制得的“硬质合金-因瓦合金-钢”激光焊缝显微组织图，由图2可见：采用本发明技术得到的焊缝主要由垂直于界面的柱状晶组成，且晶粒大小不同；在焊缝中心位置，由于激光束的作用以及保护气体对熔池的作用，柱状晶方向各异。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：所用的被焊母材为WC-30Co硬质合金和α钛合金，其余内容均与实施例1中所述相同。
实验证明，当被焊母材为硬质合金和钛合金时，使用本发明技术，也未发生界面碳化钨溶解现象。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：所用的被焊母材的厚度为6mm，钢侧开单边K型坡口；其余内容均与实施例1中所述相同。
实验证明，当被焊母材的厚度为6mm，钢侧开单边K型坡口时，使用本发明技术，也未发生界面碳化钨溶解现象。
综上所述可见：利用本发明技术可有效解决现有技术中存在的激光焊接头界面易发生碳化钨溶解的技术问题，对促使耐磨底座结构零部件产业的升级、实现油气运输关键设备中硬质合金-钢焊接件以及高端硬质合金工具的制造具有重要意义。
最后有必要在此指出的是：以上内容只用于对本发明的技术方案作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，所述焊接头的一侧是硬质合金，另一侧是钢或者钛合金；其特征在于：采用添加稀土Sc2O3的因瓦合金作为焊接材料，采用激光填丝焊接工艺进行焊接。
2.根据权利要求1所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于：所述的硬质合金的含钴量为6～40wt％。
3.根据权利要求1所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于：所述的硬质合金不开坡口；所述的钢或者钛合金在被焊母材厚度小于6mm时开单边Y型坡口，在被焊母材厚度大于等于6mm时开K型坡口。
4.根据权利要求1所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于，所述的因瓦合金的组成如下：Ni占36～42％，Mn占0.2～0.5％，Sc2O3占2～6％，Si≤0.5％，C≤0.0065％，S≤0.0065％，P≤0.006％，余量为Fe。
5.根据权利要求4所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于：所述的因瓦合金是采用真空感应熔炼方法制备而得，熔炼温度为1400～1500℃。
6.根据权利要求1所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于，进行激光填丝焊接工艺如下：激光功率为3～6kW，光斑直径为1～1.5mm，离焦量为0～8mm，焊接速率为10～25mm/s，保护气体为氦气，气体流量为32L/min，手动送丝。
7.根据权利要求1所述的控制激光焊接头界面碳化钨溶解的方法，其特征在于：进行焊接的焊缝结构为环形焊缝结构或直焊缝结构。
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