CN107931806A - 一种钼铼合金箔材微束等离子弧焊接方法 - Google Patents

一种钼铼合金箔材微束等离子弧焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料焊接领域，尤其涉及一种钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，具体指一种厚度小于0.18mm钼铼合金箔材。该方法采用脉冲微束等离子弧焊接，将待焊工件装配在工装夹具上，有电机系统带动焊枪在焊缝上方沿焊缝向前移动，实现焊接。采用本发明，可以实现厚度小于0.18mm钼铼合金箔材的有效连接，获得无气孔、无裂纹等缺陷的焊接接头，接头质量稳定。且本发明工艺简单、成本较低，能够满足对钼铼合金箔材焊接接头质量和使用强度的要求。

Description

一种钼铼合金箔材微束等离子弧焊接方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接领域，涉及一种难熔金属的焊接方法，尤其涉及一种厚度小于0.18mm钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法。
背景技术
钼铼合金由于具有优良的高温抗蠕变、低温韧性及抗磨损、抗腐蚀等性能，在被广泛应用于化学、冶金、电子、航空航天、核工业及国防军事等领域，例如极端严酷条件下的电子元器件、雷达天线部件、真空熔炼部件、热电偶及空间核反应堆热离子交换器部件等。钼铼合金中尤以Mo50-Re50系合金综合性能最佳，其室温抗拉强度大于1000MPa，通常制备成箔材或丝材进行使用。但在实际使用过程中，不可避免存在焊接或连接问题，其中钼铼合金箔材的连接难度较大，限制了其应用范围。
目前钼铼合金焊接技术的研究还比较少，主要采用焊接方法包括电子束焊、激光焊、电阻点焊、钎焊及摩擦焊等。其中涉及到钼铼合金箔材(厚度小于0.18mm)的焊接仅有钎焊、激光焊及电阻电焊等工艺，钼铼合金箔材在高能量焊接方法中极易产生被烧穿的现象，进而无法实现有效的连接。同时由于电阻点焊、激光焊、电子束焊等焊接过程中，会造成钼铼合金吸C、O、N形成脆性化合物及热应力并导致裂纹产生，也可能会形成气孔，这些均会降低接头的使用性能。此外，尽管钎焊工艺已经被采用并且获得了较好的接头，但其焊接生产效率低、焊接精度与钎料要求较高及接头强度较低等也限制了其发展。
因此相比于钎焊工艺，熔化焊接方法仍然是获得高力学性能接头的较为合适的方法。而对于钼铼合金箔材，在保证箔材不烧穿前提下，实现箔材的有效连接，并能够有效避免裂纹、气孔等的产生至关重要。有关钼铼箔材的熔化焊接仅有激光焊、电阻点焊工艺方面的研究，目前尚未看到钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接的研究或报道。
发明内容
本发明是为了弥补难熔金属钼铼合金箔材焊接方面现有技术的不足，提供了一种采用快速、低能量与低成本的焊接工艺方法，实现钼铼合金箔材的有效连接，获得优良的焊接接头。
本发明提出一种钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，包括以下步骤来实现：
(1)将待焊接钼铼合金箔材裁切成所需的大小；
(2)并对钼铼合金箔材待焊边进行清理；
(3)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，设计上卷对接结构，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置；将微束等离子弧焊机的焊枪调节到焊缝起始点正上方位置；
(4)焊前通过设备内置和外加惰性气体对焊接区进行时时跟踪气体保护；
(5)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.48～0.56mm/s，焊炬高度2.2～2.6mm，离子气流量0.22-0.24L/min，内置保护气体Ar气流量6.5～7.0L/min，外加Ar气保护气体流量5.5～6.0L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
以上的微束等离子弧焊接工艺，不需要向焊缝中添加填充金属。
步骤(2)中，焊前焊边清理指清除钼铼合金表面的油污和氧化膜，使其表面尽可能光洁和无任何杂质，并且清洁干燥，重点清理上卷边结合区(见图1)附近。钼铼合金表面的清理方法是：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
步骤(3)中，钼铼合金箔材对接固定及装配均采用现有技术，但需要保证两箔材对接上卷边边缘向下约呈30°～45°角度，然后采用微型固定夹具将对接接头两端进行有效固定。
所述步骤(4)和(5)中，外通惰性气体Ar气进行保护，是将流量为5.5～6.0L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下30°吹气保护，防止空气中C、N、O等对钼铼合金箔材在焊接过程中的侵入，进而导致偏析、脆化及引起气孔等有害作用。焊接时环境温度保持在25～30℃。
所述步骤(5)中，在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A，主要是由于当平均电流小于0.6A或高于0.6A时，该发明专利中涉及的小于0.2mm厚度钼铼合金箔材进行微束等离子弧焊接时分别会引起为焊透和焊穿现象。因此焊接过程中设备输出平均电流必须保证在0.6A。
采用本发明提出的钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，可以实现钼铼合金箔材的有效连接，获得无气孔、无裂纹等缺陷的焊接接头，接头质量稳定。本发明提出的钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法具有工艺简单、成本较低、便于推广等优点，并且能够满足对钼铼合金箔材焊接接头质量和使用强度的要求。
附图说明
图1为本发明多个实施例示意图之一；
图2为本发明多个实施例示意图之二；
图3为本发明多个实施例示意图之三。
图中符号说明
1.喷嘴；2.钨极；3.压板一；4.钼铼合金箔材一；5.垫板；6.钼铼箔材对接区上卷形式示意；7.压板二；8.钼铼合金箔材二；9.外加Ar保护气体喷嘴。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例对本发明作进一步的说明
实施例1
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为10mm×50mm，厚度0.133mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材微束等离子弧焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材4和8焊接区上下表面用砂纸打磨，包括对接上卷边金属6，未焊接区也要进行打磨，使表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，通过压板3和7固定两侧金属箔材，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置，将微束等离子弧焊机的焊枪调节到对接卷边6起始点正上方位置。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为5.5～6.0L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下30°角度吹气保护。
(4)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝9向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.56mm/s，焊炬高度2.2mm，离子气流量0.22L/min，内置保护气体Ar气流量6.5L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金等离子弧焊接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达776MPa，试验结果见表1。满足被连接工件的基本使用要求。
表1钼铼合金微束等离子弧焊接头及母材抗拉强度试验结果
实施例2
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为10mm×50mm，厚度0.122mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材微束等离子弧焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材4和8焊接区上下表面用砂纸打磨，包括对接上卷边金属6，未焊接区也要进行打磨，使表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，通过压板3和7固定两侧金属箔材，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置，将微束等离子弧焊机的焊枪调节到对接卷边6起始点正上方位置。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为5.5～6.0L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下30°角度吹气保护。
(4)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝9向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.48mm/min，焊炬高度2.6mm，离子气流量0.24L/min，内置保护气体Ar气流量7.0L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金等离子弧焊接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达827MPa，试验结果见表1。满足被连接工件的基本使用要求。
表2钼铼合金微束等离子弧焊接头及母材抗拉强度试验结果
实施例3
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为10mm×50mm，厚度0.125mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材微束等离子弧焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材4和8焊接区上下表面用砂纸打磨，包括对接上卷边金属6，未焊接区也要进行打磨，使表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，通过压板3和7固定两侧金属箔材，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置，将微束等离子弧焊机的焊枪调节到对接卷边6起始点正上方位置。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为5.5～6.0L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下30°角度吹气保护。
(4)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝9向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.52mm/min，焊炬高度2.4mm，离子气流量0.23L/min，内置保护气体Ar气流量6.8L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金等离子弧焊接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达790MPa，试验结果见表1。满足被连接工件的基本使用要求。
表3钼铼合金微束等离子弧焊接头及母材抗拉强度试验结果
实施例4
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为10mm×50mm，厚度0.122mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材微束等离子弧焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材4和8焊接区上下表面用砂纸打磨，包括对接上卷边金属6，未焊接区也要进行打磨，使表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，通过压板3和7固定两侧金属箔材，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置，将微束等离子弧焊机的焊枪调节到对接卷边6起始点正上方位置。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为5.5～6.0L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下30°角度吹气保护。
(4)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝9向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.50mm/min，焊炬高度2.5mm，离子气流量0.23L/min，内置保护气体Ar气流量6.8L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金等离子弧焊接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达808MPa，试验结果见表1。满足被连接工件的基本使用要求。
表4钼铼合金微束等离子弧焊接头及母材抗拉强度试验结果
上述实施例仅用作对本发明的说明，并非对其的限制。

Claims (3)

1.一种钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，其特征在于：一种厚度小于0.18mm的钼铼合金箔材，包括步骤如下：
(1)将待焊接钼铼合金箔材裁切成所需的大小；
(2)并对钼铼合金箔材待焊边进行清理；
(3)将待焊接的钼铼合金箔材装配在工装系统的夹具上，设计上卷对接结构，且钼铼合金箔材对接区之间保持1.5-2.0mm的间距，同时确保焊接后焊缝位置处于夹具垫板中心位置；将微束等离子弧焊机的焊枪调节到焊缝起始点正上方位置；
(4)焊前通过设备内置和外加惰性气体对焊接区进行时时跟踪气体保护；
(5)焊接时，由工装系统上电机带动焊枪在对接焊缝正上方沿着焊缝向前移动，进行焊接。微束等离子弧焊接工艺参数如下：焊接速度0.48～0.56mm/s，焊炬高度2.2～2.6mm，离子气流量0.22-0.24L/min，内置保护气体Ar气流量6.5～7.0L/min，外加Ar气保护气体流量5.5～6.0L/min，脉冲电流频率范围为50～1500Hz，脉冲基值电流范围为0.4～0.6A，脉冲峰值电流范围为0.6～0.8A。在选择峰值和基值的搭配时，要保证其平均电流大小为0.6A。
2.根据权利要求1所述一种钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，其特征在于：所述步骤(2)中，钼铼合金表面的清理方法是：用1500#砂纸将钼铼合金箔材上卷边两面表面区打磨干净，围边2～3mm未焊接区采用1200#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在50℃温度下进行超声波清洗15min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
3.根据权利要求1和2所述一种钼铼合金箔材的微束等离子弧焊接方法，其特征是：所述步骤(3)中，钼铼合金箔材对接固定及装配均采用现有技术，但需要保证两箔材对接上卷边边缘向下约呈30°～45°角度，然后采用微型固定夹具将对接接头两端进行有效固定。
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