CN113909665B - 一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法 - Google Patents

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Abstract

一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，本发明涉及扩散焊接技术领域。本发明要解决现有方法钼铼合金与可伐合金的焊接接头强度低的技术问题。方法：一、预处理；二、装夹；三、采用扩散炉进行扩散焊；四、退火。本发明提供的钼铼合金与可伐合金有中间层扩散焊接方法采用镍箔做中间层对钼铼合金和可伐合金扩散连接，不仅可以加快异种金属原子的扩散速度，提高焊接效率，而且中间层材料的加入还能提高焊接接头性能；对该方法所用夹具在夹装面喷涂阻焊剂可以适当提高焊接温度及焊接压力以提高扩散焊效率。本发明用于钼铼合金与可伐合金薄板的焊接。

Description

一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法
技术领域
本发明涉及扩散焊接技术领域。
背景技术
钼作为一种具有优良的导热、导电以及耐腐蚀性能的稀有金属，其热膨胀系数低，具有较高的硬度。但纯钼在常温下塑性差加工困难，容易氧化且焊接性差。铼的加入，不仅改善了钼在常温下的塑性及焊接性能，也提高钼的高温强度。目前，钼铼合金被广泛运用于军工、航空、电子和核能等领域。可伐合金特指铁镍钴封接合金，钴的加入使得可伐具有更低的膨胀系数，但可伐在变形加工后，需退火处理以消除应力。可伐合金多用于真空电器件中的引出环、线及管壳等零件的制造。
钼铼合金与可伐合金的连接方法的实现，可以利用两种合金的优势性能，为一些特殊的过渡连接场合提供选择。而且钼、铼都属于稀有金属，成本较高，在能够满足工程结构特定工段的使用要求前提下，使用钼铼合金与其他合金(如可伐合金)焊接件可达到降低生产成本，节约稀有金属和减轻结构重量的目的。
然而，钼铼合金与可伐合金(4J29)的熔点和膨胀系数相差较大。这使得熔焊易使可伐过烧氧化，产生焊后残余应力。目前常用的焊接钼铼合金与其他金属的方法有钎焊和扩散焊。其中，钎焊对钎料的熔点和性能要求较高，焊接工序复杂，且焊接过程中钎料的蒸发和升华不仅会改变焊接气氛，还在焊缝处留下气孔、杂质、凹坑等缺陷。而扩散焊为固相焊接，不产生熔焊类缺陷。且中间层镍箔可以缩小可伐与钼铼合金的膨胀系数差距，加快扩散焊速度和加深扩散层深度，减少接头中Fe-Mo脆性相含量。因此，选取合适的焊接方法和焊接材料对异种金属扩散焊能否形成符合要求的焊接接头具有重要意义。
发明内容
本发明要解决现有方法钼铼合金与可伐合金的焊接接头强度低的技术问题，而提供一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法。
一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，具体按以下步骤进行：
一、将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨、清洗和烘干处理；
二、将步骤一处理后的钼铼合金、中间层材料及可伐合金依次放置在夹具上进行装配固定，放入扩散炉中；
三、将扩散炉抽真空，设置加压装置的压力为0.5～1.5MPa；炉内初始温度为室温，控制升温速率为2～10℃/min，温升至800～900℃，保温40～60min；然后升温至1000～1200℃，控制扩散炉加压装置压力为100～150MPa，保温2～4h；再控制降温速率为2～10℃/min，冷却至500～600℃，然后随炉冷却至室温，获得预制合金；
四、将步骤三获得的预制合金进行退火处理，控制退火温度为500～600℃，保温，然后随炉冷却，完成。
进一步的，步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨处理，预处理后焊接面的粗糙度Ra﹤0.8μm。
进一步的，步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行超声清洗，清洗液为丙酮，清洗温度为40～50℃，工作频率为40～70Hz，清洗时间为10～20min。
进一步的，步骤一所述烘干处理采用电热干燥，烘干温度为60～70℃，时间为15～25min。
进一步的，步骤一所述中间层材料为镍箔，厚度为0.5～2mm。
进一步的，步骤一所述钼铼合金中铼元素的质量百分含量为10～50％。
进一步的，步骤一所述可伐合金为铁镍钴可伐合金，型号4J29，元素百分含量为：镍28.5～29.5％、钴16.8～17.8％、铜0.15～0.2％、锰0.3～0.5％和余量的铁。
进一步的，步骤二所述夹具的夹装面喷涂陶瓷阻焊剂，陶瓷阻焊剂的成分为氮化硼和丙二醇单甲醚醋酸酯的混合，按质量百分比：氮化硼约30％，丙二醇单甲醚醋酸酯约70％。所述钼铼合金、中间层材料及可伐合金的待焊面紧密固定装配。
本发明采用扩散焊为固相焊接，不产生熔焊类缺陷。且中间层镍箔可以缩小可伐与钼铼合金的膨胀系数差距，加快扩散焊速度和加深扩散层深度，减少接头中Fe-Mo脆性相含量。
本发明实现熔点、热膨胀系数均相差较大的钼铼合金与可伐合金的焊接，通过加入中间层材料以缩小焊接材料间的性能差异，改善焊接接头强度。
本发明的有益效果是：
本发明焊接方法选择扩散焊。相比于熔焊和钎焊，扩散焊更能得到质量可靠的焊接接头。若采用熔化焊，则熔焊时产生的气体杂质极易与金属钼形成淬硬相并在晶界处偏析使焊接接头脆化，其次两种材料线膨胀系数的差距也会使得在熔焊焊后冷却过程中产生较大残余应力；钎焊在异种合金连接中应用广泛，但钎焊形成的焊接接头其性能受焊件装配质量和钎料成分、熔点影响较大，且工艺流程较为复杂，钎焊接头高温强度不高。
本发明提供的焊接方法，采用固态扩散连接，在高温高压下，焊接件表面原子通过中间层镍箔进行充分扩散，形成稳定可靠的焊接接头。进一步的，对扩散炉升降温程序设置保温台阶，通过降低升温及降温速度，减少焊接及焊后冷却过程产生的残余应力。
本发明提供的焊接方法，利用固态下镍可以与铁无限互溶，与钼有限互溶的特性，采用镍箔作为中间层材料，不仅缩短了钼铼合金与可伐合金的热膨胀系数差距，也减少了由钼与铁扩散形成的硬脆相Fe-Mo金属间化合物，降低了扩散焊焊接接头的硬度梯度。其次，镍箔的加入也使得原子扩散移动速度加快，不仅降低了可伐合金晶粒长大倾向，也提高了焊接生产效率。
本发明实现了钼铼合金与可伐合金的连接，相比于无中间层的扩散焊方式，焊接接头抗拉强度及抗剪强度均有提高，使其抗拉强度达到280～320MPa，剪切强度达到180～200MPa。
本发明用于钼铼合金与可伐合金薄板的焊接。
附图说明
图1为具体实施方式一所述夹具装夹钼铼合金、中间层材料及可伐合金的示意图，其中1代表夹具，2代表喷涂的陶瓷阻焊剂，3代表钼铼合金，4代表中间层材料，5代表可伐合金。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，具体按以下步骤进行：
一、将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨、清洗和烘干处理；
二、将步骤一处理后的钼铼合金、中间层材料及可伐合金依次放置在夹具上进行装配固定，放入扩散炉中；
三、将扩散炉抽真空，设置加压装置的压力为0.5～1.5MPa；炉内初始温度为室温，控制升温速率为2～10℃/min，温升至800～900℃，保温40～60min；然后升温至1000～1200℃，控制扩散炉加压装置压力为100～150MPa，保温2～4h；再控制降温速率为2～10℃/min，冷却至500～600℃，然后随炉冷却至室温，获得预制合金；
四、将步骤三获得的预制合金进行退火处理，控制退火温度为500～600℃，保温，然后随炉冷却，完成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨处理，预处理后焊接面的粗糙度Ra﹤0.8μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行超声清洗，清洗液为丙酮，清洗温度为40～50℃，工作频率为40～70Hz，清洗时间为10～20min。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述烘干处理采用电热干燥，烘干温度为60～70℃，时间为15～25min。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一所述中间层材料为镍箔，厚度为0.5～2mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一所述钼铼合金中铼元素的质量百分含量为10～50％。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一所述可伐合金为铁镍钴可伐合金，型号4J29，元素百分含量为：镍28.5～29.5％、钴16.8～17.8％、铜0.15～0.2％、锰0.3～0.5％和余量的铁。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二所述夹具的夹装面喷涂陶瓷阻焊剂。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三所述抽真空，控制炉内真空度≤1.33×10-5Pa。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四所述退火保温时间为2～4h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，具体按以下步骤进行：
一、将可伐合金、钼铼合金和中间层材料的焊接面进行打磨处理，处理后焊接面的粗糙度Ra﹤0.8μm，采用丙酮作为清洗液浸泡，进行超声清洗，清洗温度为45℃，工作频率为50Hz，清洗15min，然后进行烘干处理，采用电热干燥，烘干温度为60℃，时间为20min；
二、将夹具的夹装面喷涂陶瓷阻焊剂，然后将步骤一处理后的钼铼合金、中间层材料及可伐合金依次放置在夹具上进行装配固定，放入扩散炉中；
三、将扩散炉抽真空，控制炉内真空度≤1.33×10-5Pa，设置加压装置的压力为1.0MPa；炉内初始温度为室温，控制升温速率为8℃/min，温升至850℃，保温50min；然后升温至1100℃，控制扩散炉加压装置压力为130MPa，保温3h；再控制降温速率为7℃/min，冷却至550℃，然后随炉冷却至室温，获得预制合金；
四、将步骤三获得的预制合金进行退火处理，控制退火温度为560℃，保温，然后随炉冷却，完成。
步骤一所述中间层材料为镍箔，厚度为0.6mm。
步骤一所述钼铼合金中铼元素的质量百分含量为26％。
步骤一所述可伐合金为铁镍钴可伐合金，型号4J29，元素百分含量为：镍28.5～29.5％、钴16.8～17.8％、铜0.15～0.2％、锰0.3～0.5％和余量的铁。
所述可伐合金及钼铼合金板的尺寸均为：长度100mm，宽度100mm，板厚8mm。
本实施例使用的扩散焊设备为M60型多功能真空扩散炉。
将本实施例焊接获得的合金的焊缝部位进行显微硬度测试：无中间层的钼铼合金与可伐合金扩散焊形成焊接接头在扩散层中间位置的硬度为440～460HV，从扩散层中间向两边方向上的硬度逐渐减小；以镍箔作为中间层扩散焊得到的焊接接头硬度分布与之类似，但中间扩散层位置硬度为350～370HV，焊接接头最高硬度和硬度梯度均有一定程度的降低。这说明，在镍箔加入之前，扩散层中产生了大量Fe-Mo的高硬度高脆性的金属间化合物，而中间层镍箔的加入减少了该金属化合物的生成，降低了硬度，并且镍可以与铁无限互溶、与钼有限互溶的特性使扩散层中固溶体增加，进一步减小了脆性倾向，提高了焊接接头性能。

Claims (8)

1.一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨、清洗和烘干处理；
二、将步骤一处理后的钼铼合金、中间层材料及可伐合金依次放置在夹具上进行装配固定，放入扩散炉中；
三、采用固态扩散连接，将扩散炉抽真空，设置加压装置的压力为0.5～1.5MPa；炉内初始温度为室温，控制升温速率为2～10℃/min，温升至800～900℃，保温40～60min；然后升温至1000～1200℃，控制扩散炉加压装置压力为100～150MPa，保温2～4h；再控制降温速率为2～10℃/min，冷却至500～600℃，然后随炉冷却至室温，获得预制合金；
四、将步骤三获得的预制合金进行退火处理，控制退火温度为500～600℃，保温，然后随炉冷却，完成；
步骤一所述中间层材料为镍箔，厚度为0.5～2mm；
步骤一所述可伐合金为铁镍钴可伐合金，型号4J29，元素百分含量为：镍28.5～29.5％、钴16.8～17.8％、铜0.15～0.2％、锰0.3～0.5％和余量的铁。
2.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行打磨处理，预处理后焊接面的粗糙度Ra﹤0.8μm。
3.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤一将可伐合金、钼铼合金和中间层材料进行超声清洗，清洗液为丙酮，清洗温度为40～50℃，工作频率为40～70Hz，清洗时间为10～20min。
4.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤一所述烘干处理采用电热干燥，烘干温度为60～70℃，时间为15～25min。
5.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤一所述钼铼合金中铼元素的质量百分含量为10～50％。
6.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤二所述夹具的夹装面喷涂陶瓷阻焊剂。
7.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤三所述抽真空，控制炉内真空度≤1.33×10-5Pa。
8.根据权利要求1所述的一种钼铼合金有中间层扩散焊接可伐合金的方法，其特征在于步骤四所述退火保温时间为2～4h。
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