CN105033459A - 一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，它涉及一种钢/铌激光焊接工艺，用于解决现有钢/铌焊接方法无法避免脆性金属间化合物生成的问题。首先将钨/铜复合中间层预置于钢板与铌板之间，组成待焊件；然后采用双道焊工艺进行焊接：第一道激光束作用于铜层中心；第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.1mm～0.3mm处；第一次焊接与第二次焊接时间间隔为0.5～2min。本发明可以抑制钢/铌焊接接头中金属间化合物的生成，显著提高接头强度。本发明适用于钢/铌复合构件的制造。

Description

一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法
技术领域
本发明属于异种金属焊接领域，具体涉及一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法。
背景技术
钢/铌复合焊接结构可以提高航空发动机工作温度、减轻其重量，使航空发动机具有更高的推重比，在航空航天领域具有广阔的应用前景。但是钢/铌焊接接头中极易生成大量连续分布的脆性金属间化合物，显著降低接头强度，甚至在焊后即产生裂纹。因此对焊接接头的金属间化合物进行控制，是实现钢/铌可靠焊接的关键问题。目前国内外解决这一问题的合理方法尚未见报道。
激光焊具有热输入小、焊接能量和加热位置精确可控等特点，是当前异种金属焊接的主要方法之一。因此本专利将采用激光焊焊接钢与铌，对接头中的金属间化合物进行控制，实现二者的可靠连接，从根本上解决两种材料的焊接难题，促进钢/铌复合焊接结构在航空航天工业中的推广应用。
发明内容
发明目的：为了解决现有钢/铌焊接方法无法避免金属间化合物生成的问题，本发明提供一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法。
技术方案：为实现上述技术目的，
当不锈钢板与铌板的厚度为2mm～3mm，铜片与钨片的厚度为0.3mm～1mm时。本发明的目的是通过下述步骤实现的：
(1)将不锈钢板与铌板，铜片与钨片先用80#耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染；
(2)将铜片与钨片作为复合中间层预置于钢板与铌板之间，铜片位于钢母材一侧，钨片位于铌母材一侧，即得到由不锈钢-铜-钨-铌组成的待焊件；
(3)将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铜、铜/钨、钨/铌界面的间隙均小于0.15mm。再用压板压在待焊件上表面边缘，以防止待焊件在焊接过程中发生翘曲变形。然后采用双道焊工艺进行焊接：第一道激光束作用于铜层中心；第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.1mm～0.3mm处；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min～13L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min～10L/min；第一次焊接与第二次焊接时间间隔为0.5～2min；经过上述步骤即完成了钢/铌接头中金属间化合物的控制。
附图说明
图1是待焊件示意图；
图2是激光束作用位置示意图；
图3是直接焊近铌侧界面区域显微组织照片；
图4是预置中间层焊近铌侧界面区域显微组织照片；
图5是预置中间层焊接接头横截面宏观形貌照片；
图1和图2中1表示不锈钢，2表示铌，3表示铜，4表示钨；图2中5表示第一道激光束，6表示第二道激光束。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：本实施方式的焊接方法按以下步骤实现(参见图1、图2)：
(1)母材为Nb521合金和304不锈钢，尺寸为50mm×25mm×2mm。中间层为纯铜板和纯钨板，尺寸为50mm×1mm×2mm；
(2)将不锈钢板与铌板，铜片与钨片先用80#耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染；
(3)将铜片与钨片作为复合中间层预置于钢板与铌板之间，铜片位于钢母材一侧，钨片位于铌母材一侧，即得到由不锈钢-铜-钨-铌组成的待焊件；
(4)将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铜、铜/钨、钨/铌界面的间隙均小于0.15mm。再用压板压在待焊件上表面边缘，以防止待焊件在焊接过程中发生翘曲变形。然后采用双道焊工艺进行焊接：第一道激光束作用于铜层中心，激光功率P＝2kW，焊接速度v＝1.2m/min，离焦量Δf＝0；第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.1mm处，激光功率P＝2kW，焊接速度v＝0.9m/min，离焦量Δf＝0；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min；第一次焊接与第二次焊接时间间隔为1.5min。经过上述步骤即完成了钢/铌接头中金属间化合物的控制。
对本实施方式接头的显微组织进行了观察，结果如图4所示。从图4可以看出，和钢/铌直接激光焊相比(图3)，本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为147MPa。
实施例2
本实施方式与实施例1不同的是，中间层中铜片和钨片的厚度为0.5mm。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为136MPa。
实施例3
本实施方式与实施例1不同的是，第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.2mm处。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为152MPa。
实施例4
本实施方式与实施例1不同的是，铌母材使用的是纯铌板。其它与具体实施方式一相同。本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为141MPa。
实施例5
本实施方式与实施例1不同的是，第一道激光束作用于铜层中心，激光功率P＝2.5kW，焊接速度v＝1.4m/min，离焦量Δf＝0；第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.1mm处，激光功率P＝2.5kW，焊接速度v＝1.2m/min，离焦量Δf＝0。
本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为139MPa。
实施例6
本实施方式与实施例1不同的是，第一道激光束作用于铜层中心，激光功率P＝3kW，焊接速度v＝1.8m/min，离焦量Δf＝0；第二道激光束作用于钨层上距离钨/铌界面0.1mm处，激光功率P＝3kW，焊接速度v＝1.3m/min，离焦量Δf＝0。
本实施方式焊接的接头中无金属间化合物生成。接头抗拉强度为142MPa。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜片与钨片作为复合中间层预置于钢板与铌板之间，其中铜片位于钢母材一侧，钨片位于铌母材一侧，即得到由钢-铜-钨-铌组成的待焊件；
(2)将步骤(1)得到的待焊件的两端夹紧固定，使钢-铜界面、铜-钨界面、钨-铌界面的间隙均小于0.15mm，然后再用压板压在所述待焊件的上表面边缘，以防止待焊件在焊接过程中发生翘曲变形；接着采用双道焊工艺进行焊接，其中，第一道激光束作用于铜层，为第一次焊接；第二道激光束作用于钨层，为第二次焊接。
2.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，所述的不锈钢与铌母材的厚度为2mm～3mm，铜片与钨片的厚度为0.3mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，所述的双道焊工艺中，第一道激光束作用于铜层的中心，所述第二道激光束作用于钨层上距离钨-铌界面0.1mm～0.3mm处。
4.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，所述的双道焊工艺中，焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min～13L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min～10L/min；第一次焊接与第二次焊接时间间隔为0.5～2min。
5.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的第一次焊接的参数为：激光功率P＝2kW～3kW，焊接速度v＝1.2m/min～1.8m/min，离焦量Δf＝0；第二次焊接的参数为：激光功率P＝2kW～3kW，焊接速度v＝0.9m/min～1.3m/min，离焦量△f＝0。
6.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接接头金属间化合物的控制方法，其特征在于，所述的钢板、铌板、铜片与钨片在焊接前先用80#耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染。
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