CN112222615A - 一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，包括以下步骤：1)对试样的表面进行预处理，其中，试样的材质为钼或钼合金；2)对预处理后的试样进行气体渗氮处理；3)去除渗氮处理后试样表面的氮化层；4)对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊，得焊缝中含氮的熔化焊接头，该方法能够提高焊缝钼和钼合金的焊缝强度。

Description

一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法。
背景技术
钼和钼合金的高温强度高、高温硬度和刚度大，导热性好、耐高温腐蚀和中子吸收截面小等优点使其被广泛应用在航空、航天和核工业等领域。轧制态钼及其合金的抗拉强度一般在600-700MPa之间，但其熔焊焊缝的抗拉强度只能达到轧制态的20-30％，焊缝在室温下发生明显的脆断，焊接性较差。钼熔化焊焊缝强度的降低主要由两方面原因引起：首先是钼的本征脆性，这与钼原子最外层电子不饱和排布有关，其次是杂质元素在晶界偏析引起的非本征脆性导致的晶界弱化，常见的杂质元素如氧，氮等，其中氧的影响最为显著。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，该方法能够提高焊缝钼和钼合金的焊缝强度。
为达到上述目的，本发明所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法包括以下步骤：
1)对试样的表面进行预处理，其中，试样的材质为钼或钼合金；
2)对预处理后的试样进行气体渗氮处理；
3)去除渗氮处理后试样表面的氮化层；
4)对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊，得焊缝中含氮的熔化焊接头。
步骤1)的具体操作为：打磨试样表面，再将试样浸泡在丙酮中进行超声清洗，然后将试样表面吹干。
超声清洗的次数大于等于3，其中，每次超声清洗的时间大于等于10min。
对试样的表面进行预处理后，随后在30min内开始对预处理后的试样进行气体渗氮处理。
步骤2)中气体渗氮处理过程中，使用的氮气纯度大于99.99％，加热的最高温度为1100-1250℃，在最高温度时的保温时间为100-200h，加热及保温过程中氮气的流量为0.5-2L/min，渗氮试样中的氮元素含量为0.5wt.％-2wt.％。
步骤3)的具体操作为：对渗氮处理后试样的表面进行打磨，以去除氮化层，其中，打磨深度为10-20μm之间。
步骤4)中采用激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊的方法对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊。
焊缝的形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝。
熔焊焊缝的材质为完成渗氮后的钼、钛锆钼合金、钼铼合金、合金元素不超过2wt.％的钼合金或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法在具体操作时，通过气体渗氮的方式向试样中添加氮元素，然后对渗氮后的试样进行焊接，实现向焊缝区中添加氮元素的目标，其中，进入到焊缝中的氮元素以氮化钼的形式存在于钼及钼合金的晶内及晶界处，在钼及钼合金晶内及晶界处析出的氮化钼，以实现第二相弥散强化的目标，有效地提高钼及钼合金熔化焊焊缝的抗拉强度，继而提高焊缝钼和钼合金的焊缝强度，经试验，本发明制备得到的焊缝的室温拉伸强度为现有技术的200％-300％。
附图说明
图1为待焊钼及钼合金试样的尺寸和焊接位置示意图；
图2为拉伸实验所用试样尺寸图；
图3为钼及钼合金试样气体渗氮装置的示意图；
图4a为未渗氮熔焊接头横截面电子探针测量位置图；
图4b为先渗氮150小时后激光焊接所得接头横截面电子探针测量位置图；
图5为渗氮钼及钼合金试样的激光焊接头应力-应变曲线图。
其中，1为氩气瓶、2为进气软管、3为减压阀、4为进气口开关、5为氧化铝坩埚、6为真空管式马弗炉、7为炉管、8为出气口开关、9为出气软管、10为真空泵、11为烧杯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法包括以下步骤：
1)对试样的表面进行预处理，其中，试样的材质为钼或钼合金；
2)对预处理后的试样进行气体渗氮处理；
3)去除渗氮处理后试样表面的氮化层；
4)对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊，得焊缝中含氮的熔化焊接头。
步骤1)的具体操作为：打磨试样表面，再将试样浸泡在丙酮中进行超声清洗，然后将试样表面吹干，超声清洗的次数大于等于3，其中，每次超声清洗的时间大于等于10min。
对试样的表面进行预处理后，随后在30min内开始对预处理后的试样进行气体渗氮处理。
步骤2)中气体渗氮处理过程中，使用的氮气纯度大于99.99％，加热的最高温度为1100-1250℃，在最高温度时的保温时间为100-200h，加热及保温过程中氮气的流量为0.5-2L/min，渗氮试样中的氮元素含量为0.5wt.％-2wt.％。
步骤3)的具体操作为：对渗氮处理后试样的表面进行打磨，以去除氮化层，其中，打磨深度为10-20μm之间。
步骤4)中采用激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊的方法对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊；焊缝的形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝；熔焊焊缝的材质为完成渗氮后的钼、钛锆钼合金、钼铼合金、合金元素不超过2wt.％的钼合金或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金。
渗氮50-150h的钼及钼合金试样的熔化焊缝中的氮元素的平均含量为0.5wt.％-2wt.％。
实施例一
以含0.25wt.％La2O3纳米颗粒弥散强化相的高性能钼合金为例，将该钼合金按照图1尺寸进行切取，将切取好的试样依次用240#、400#、800#及1200#砂纸进行打磨，再将打磨好的试样浸泡在丙酮中，采用超声清洗至少三次，每次清洗时间不低于10分钟，将清洗好的试样吹干后备用，然后将清洗并吹干的试样进行气体渗氮处理，具体处理过程如下：首先将盛有准备好的试样的氧化铝坩埚5放在图4的炉管7中，对炉管7进行抽真空，充氮气(氮气纯度为99.99％)，重复操作3次，保证炉管7中的氮气纯度达到99.99％；然后将出气软管9与真空泵10断开并放入盛有水的烧杯11中，依次打开进气口开关4和出气口开关8，调整减压阀3，氮气流量设置为0.1L/min，如图3和图4所示；最后，对试样进行加热保温，保温温度为1200℃，保温时间为分别为50小时、100小时和150小时。对完成气体渗氮处理的试样采用激光按照图1所示的位置进行穿透焊接，焊接方向沿试样长度方向；在完成焊接后的渗氮试样上切取尺寸如图2所示的拉伸试样，取样位置如图1所示的虚线区域。
按照上述步骤，将另外一组试样放置在炉管7中加热保温，但是炉管7中的气体为纯氩气(氩气纯度为99.99％)，让其经历与实施例一中相同的热循环过程，然后对经过该加热保温的不渗氮试样进行激光焊接，获得的焊接接头作为对照。
首先采用电子探针分别测量渗氮和不渗氮钼合金试样的激光焊焊缝横截面中的氮元素含量，测量位置分别为图4a和图4b所示，测量结果分别如表1及表2所示。渗氮试样的焊缝中氮元素的平均含量为0.997wt.％，远高于未渗氮试样的焊缝的0.293wt.％，先气体渗氮然后进行熔化焊的方法可以达到向焊缝中添加氮元素的目标。分别对渗氮和未渗氮试样的焊接接头进行拉伸实验，结果如图5所示，其中，渗氮50h、100h及150h后的试样的焊缝的最大抗拉强度的平均值分别为198.9MPa、279.4MPa及321.0MPa；未渗氮试样的焊接接头抗拉强度为96.9MPa；渗氮试样的熔化焊接头强度相较于未渗氮试样熔化焊接头的强度提高了105.3％-231.3％，因此本发明可以达到向熔化焊焊缝添加氮元素的目标，并且能够显著提高激光焊接头的焊接性，即渗氮试样的接头的抗拉强度显著提高。
表1
Figure BDA0002656259090000061
表2
Figure BDA0002656259090000062
Figure BDA0002656259090000071

Claims (9)

1.一种通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对试样的表面进行预处理，其中，试样的材质为钼或钼合金；
2)对预处理后的试样进行气体渗氮处理；
3)去除渗氮处理后试样表面的氮化层；
4)对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊，得焊缝中含氮的熔化焊接头。
2.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：打磨试样表面，再将试样浸泡在丙酮中进行超声清洗，然后将试样表面吹干。
3.根据权利要求2所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，超声清洗的次数大于等于3，其中，每次超声清洗的时间大于等于10min。
4.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，对试样的表面进行预处理后，随后在30min内开始对预处理后的试样进行气体渗氮处理。
5.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，步骤2)中气体渗氮处理过程中，使用的氮气纯度大于99.99％，加热的最高温度为1100-1250℃，在最高温度时的保温时间为100-200h，加热及保温过程中氮气的流量为0.5-2L/min，渗氮试样中的氮元素含量为0.5wt.％-2wt.％。
6.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：对渗氮处理后试样的表面进行打磨，以去除氮化层，其中，打磨深度为10-20μm之间。
7.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，步骤4)中采用激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊的方法对经步骤3)处理后的试样进行熔化焊。
8.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，焊缝的形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝。
9.根据权利要求1所述的通过渗氮提高钼及钼合金焊接性的方法，其特征在于，熔焊焊缝的材质为完成渗氮后的钼、钛锆钼合金、钼铼合金、合金元素不超过2wt.％的钼合金或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01284488A (ja) * 1988-05-11 1989-11-15 Sumitomo Metal Ind Ltd 高合金の拡散接合方法
CN106637056A (zh) * 2017-01-16 2017-05-10 苏州诺迅汽车零部件有限公司 一种喷嘴环焊接组件的渗氮工艺
CN106944741A (zh) * 2017-04-26 2017-07-14 西安交通大学 添加Zr提高钼及钼合金熔焊焊缝强韧性的微合金化方法
CN107009025A (zh) * 2017-04-26 2017-08-04 西安交通大学 一种提高钼及钼合金熔焊焊缝强韧性的微合金化方法
JP2018172751A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 愛知製鋼株式会社 窒化用ｃｖｔリング素材、ｃｖｔリング部材及びこれらの製造方法
CN109943802A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 西安交通大学 通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法
CN211334614U (zh) * 2020-05-12 2020-08-25 广东工业大学 超声波焊接系统及超声波焊接头

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01284488A (ja) * 1988-05-11 1989-11-15 Sumitomo Metal Ind Ltd 高合金の拡散接合方法
CN106637056A (zh) * 2017-01-16 2017-05-10 苏州诺迅汽车零部件有限公司 一种喷嘴环焊接组件的渗氮工艺
JP2018172751A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 愛知製鋼株式会社 窒化用ｃｖｔリング素材、ｃｖｔリング部材及びこれらの製造方法
CN106944741A (zh) * 2017-04-26 2017-07-14 西安交通大学 添加Zr提高钼及钼合金熔焊焊缝强韧性的微合金化方法
CN107009025A (zh) * 2017-04-26 2017-08-04 西安交通大学 一种提高钼及钼合金熔焊焊缝强韧性的微合金化方法
CN109943802A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 西安交通大学 通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法
CN211334614U (zh) * 2020-05-12 2020-08-25 广东工业大学 超声波焊接系统及超声波焊接头

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《工程材料实用手册》编辑委员会: "《工程材料实用手册 第9卷 涂料 镀覆层与防锈材料 第2版》", 31 July 2002, 中国标准出版社 *
王耘涛: "高温渗氮制备高氮不锈钢工艺及其性能的研究", 《中国硕士学位论文全文数据库》 *

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