CN114850709A - 一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法 - Google Patents

一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法 Download PDF

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温思涵
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Abstract

本发明涉及一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，属于金属材料及工艺技术领域。采用银铜合金丝氩弧堆焊方法，在一定尺寸的不锈钢管毛坯端部预置一定厚度的银铜合金过渡层；采用机械加工的方法将预置过渡层的不锈钢管毛坯加工到一定尺寸；采用高能束焊接方法将对应尺寸的铝合金管毛坯与机械加工后的不锈钢管过渡层焊接起来。本发明通过采用具有一定厚度的过渡层，其与铝和钢均具有较好的固相相容性，以此彻底阻断钢、铝形成脆性相的可能性。

Description

一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，属于金属材料及工艺技术领域。
背景技术
铝钢异种金属焊接通常采用的焊接方法有：熔焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等；采取的工艺措施有：熔焊时在钢坡口表面采用复合镀层Cu-Zn或Ni-Zn，以减小脆性金属间化合物层的厚度，提高接头强度。冷压焊时为彻底消除钢和铝表面的氧化膜，接头处变形量需要达到70％-80％以上。摩擦焊时缩短加热时间和施加较大的顶锻力以挤出可能形成的金属间化合物。扩散焊时加入Ni、Cu中间层，待焊表面粗糙度3.2μm-6.3μm。尽管如此，由于不加过渡层(如冷压焊、摩擦焊、爆炸焊等)，或增压了过渡层(如钎焊、扩散焊等)但过渡层很薄，仍然很难阻止铝钢异种金属焊接界面脆性金属间化合物的形成，特别是在温度较高条件下，原子间扩散速度加快，会加速形成脆性金属间化合物，往往会导致服役过程中的铝钢异种金属接头损坏。
目前我国某型号结构管路连接结构，一端是铝合金(5A06)，另一端是不锈钢(1Cr18Ni9Ti)，内部工作介质是液氢或液氧，工作压力0.5MPa，需要将铝合金与不锈钢管路可靠焊接在一起。根据具体结构形式，采用了钎焊焊接LF6铝合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢，但存在钎着率低、接头缺陷较多、气密性不好、可靠性较差等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，通过采用具有一定厚度的过渡层，其与铝和钢均具有较好的固相相容性，以此彻底阻断钢、铝形成脆性相的可能性。
本发明解决技术的方案是：
一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，该方法的步骤包括：
(1)采用银铜合金丝氩弧堆焊方法，在一定尺寸的不锈钢管毛坯端部预置一定厚度的银铜合金过渡层；
(2)采用机械加工的方法将预置过渡层的不锈钢管毛坯加工到一定尺寸；
(3)采用高能束焊接方法将对应尺寸的铝合金管毛坯与机械加工后的不锈钢管过渡层焊接起来。
进一步的，银铜合金具体成分如下：Ag质量百分比71.5～72.5％、Cu质量百分比27.5～28.5％。
进一步的，银铜合金丝直径1.6～2.0mm。
进一步的，不锈钢管毛坯外径为30～120mm，厚度为8～12mm。
进一步的，氩弧堆焊参数为：堆焊电流50～80A，保护气流量8～15L/min，堆焊层间温度<100℃。
进一步的，堆焊下一层前需要对上一堆焊层进行均匀敲击，以消除焊接残余应力。
进一步的，堆焊层厚度为不锈钢管毛坯厚度的1.0～1.3倍。
进一步的，采用普通机械加工方法将不锈钢管毛坯及堆焊层进行见光加工，将其内、外径加工去除1.0～2.0mm，将其堆焊层一侧端部加工去除3.0～4.0mm。
进一步的，当采用高能电子束焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流21～45mA，离焦量0，焊接速度10～20mm/s。
进一步的，当采用激光焊接时，参数如下：光斑直径0.2～0.5mm，离焦量0，激光功率2500～3500W，焊接速度20～30mm/s。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明不锈钢一侧采用氩弧焊预置堆焊层的方法形成AgCu合金过渡层，过渡层与不锈钢熔化后形成原子间连接，相比于钎焊、扩散焊的界面连接，具有足够的可靠性，其强度也远高于后者；
(2)本发明所形成的过渡层具有足够的厚度，Fe、Al原子不能通过扩散而结合到一起，可彻底阻止形成硬而脆的Al-Fe金属间化合物；
(3)本发明中另一侧铝合金与过渡层通过高能束焊实现连接，二者冶金上是互溶的，并且不会产生脆性的金属化合物，可以保证焊接接头的强度和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例特定尺寸的不锈钢毛坯管端部堆焊Ag/Cu合金丝；
图2为本发明实施例特定尺寸的不锈钢毛坯堆焊后一次机加；
图3为本发明实施例特定尺寸的铝合金管毛坯；
图4为本发明实施例特定尺寸的铝合金管毛坯与带过渡层的不锈钢毛坯焊接；
图5为本发明实施例特定尺寸的精加工后的铝合金/不锈钢异种金属管焊接件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，该方法的步骤包括：
(1)采用银铜合金丝氩弧堆焊方法，在一定尺寸的不锈钢管毛坯端部预置一定厚度的银铜合金过渡层；银铜合金具体成分如下：Ag质量百分比71.5～72.5％、Cu质量百分比27.5～28.5％。银铜合金丝直径1.6～2.0mm。不锈钢管毛坯外径为30～120mm，厚度为8～12mm。
氩弧堆焊参数为：堆焊电流50～80A，保护气流量8～15L/min，堆焊层间温度<100℃。堆焊下一层前需要对上一堆焊层进行均匀敲击，以消除焊接残余应力。堆焊层厚度为不锈钢管毛坯厚度的1.0～1.3倍。
(2)采用机械加工的方法将预置过渡层的不锈钢管毛坯加工到一定尺寸；采用普通机械加工方法将不锈钢管毛坯及堆焊层进行见光加工，将其内、外径加工去除1.0～2.0mm，将其堆焊层一侧端部加工去除3.0～4.0mm。
(3)采用高能束焊接方法将对应尺寸的铝合金管毛坯与机械加工后的不锈钢管过渡层焊接起来。
当采用高能电子束焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流21～45mA，离焦量0，焊接速度10～20mm/s。
当采用激光焊接时，参数如下：光斑直径0.2～0.5mm，离焦量0，激光功率2500～3500W，焊接速度20～30mm/s。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1)在不锈钢(1Cr18Ni9Ti)管毛坯端部，选用AgCu合金(Cu质量百分比28.1％)丝材，采用氩弧填丝焊将该丝材熔化堆焊在不锈钢管毛坯一端，预置堆焊层厚度为7-10mm，如图1；
2)对不锈钢管毛坯堆焊焊缝进行X射线检测，要求符合QJ2865A《导管焊接技术条件》相应要求；
3)对不锈钢管堆焊毛坯进行机加，得到管径、壁厚和长度稍小的精加工管；如图2；
4)按上步得到的管径和壁厚，加工如下图尺寸的5A06铝合金管路毛坯；如图3；
5)将第3步得到的不锈钢管路精加工件的预置堆焊端与第4步得到的铝合金管路毛坯件采用高能电子束进行焊接，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流21～45mA，离焦量0，焊接速度10～20mm/s；如图4；
6)对第5步得到的焊缝进行X射线检测，要求符合QJ2865A《导管焊接技术条件》相应要求；
7)对第6步得到的铝钢管路焊接件进行内外表面机加，得到表面连续、平整的铝钢过渡接头，如图5。
实施例2
1)在不锈钢(1Cr18Ni9Ti)管毛坯端部，选用AgCu合金(Cu质量百分比28.1％)丝材，采用氩弧填丝焊将该丝材熔化堆焊在不锈钢管毛坯一端，预置堆焊层厚度为7-10mm，如图1；
2)对不锈钢管毛坯堆焊焊缝进行X射线检测，要求符合QJ2865A《导管焊接技术条件》相应要求；
3)对不锈钢管堆焊毛坯进行机加，得到管径、壁厚和长度稍小的精加工管，如图2；
4)按上步得到的管径和壁厚，加工如下图尺寸的5A06铝合金管路毛坯，如图3；
5)将第3步得到的不锈钢管路精加工件的预置堆焊端与第4步得到的铝合金管路毛坯件采用进行激光焊接，参数如下：光斑直径0.2～0.5mm，离焦量0，激光功率2500～3500W，焊接速度20～30mm/s，如图4；
6)对第5步得到的焊缝进行X射线检测，要求符合QJ2865A《导管焊接技术条件》相应要求；
7)对第6步得到的铝钢管路焊接件进行内外表面机加，得到表面连续、平整的铝钢过渡接头，如图5。
本发明不锈钢一侧采用氩弧焊预置堆焊层的方法形成AgCu合金过渡层，过渡层与不锈钢熔化后形成原子间连接，相比于钎焊、扩散焊的界面连接，具有足够的可靠性，其强度也远高于后者；
本发明所形成的过渡层具有足够的厚度，Fe、Al原子不能通过扩散而结合到一起，可彻底阻止形成硬而脆的Al-Fe金属间化合物；
本发明中另一侧铝合金与过渡层通过高能束焊实现连接，二者冶金上是互溶的，并且不会产生脆性的金属化合物，可以保证焊接接头的强度和可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
(1)采用银铜合金丝氩弧堆焊方法，在一定尺寸的不锈钢管毛坯端部预置一定厚度的银铜合金过渡层；
(2)采用机械加工的方法将预置过渡层的不锈钢管毛坯加工到一定尺寸；
(3)采用高能束焊接方法将对应尺寸的铝合金管毛坯与机械加工后的不锈钢管过渡层焊接起来。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，银铜合金具体成分如下：Ag质量百分比71.5～72.5％、Cu质量百分比27.5～28.5％。
3.根据权利要求1或2所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，银铜合金丝直径1.6～2.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，不锈钢管毛坯外径为30～120mm，厚度为8～12mm。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，氩弧堆焊参数为：堆焊电流50～80A，保护气流量8～15L/min，堆焊层间温度<100℃。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，堆焊下一层前需要对上一堆焊层进行均匀敲击，以消除焊接残余应力。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，堆焊层厚度为不锈钢管毛坯厚度的1.0～1.3倍。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，采用普通机械加工方法将不锈钢管毛坯及堆焊层进行见光加工，将其内、外径加工去除1.0～2.0mm，将其堆焊层一侧端部加工去除3.0～4.0mm。
9.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，当采用高能电子束焊接时，参数如下：加速电压60～80KV，焊接束流21～45mA，离焦量0，焊接速度10～20mm/s。
10.根据权利要求1所述的一种不锈钢/铝合金异种金属管路焊接方法，其特征在于，当采用激光焊接时，参数如下：光斑直径0.2～0.5mm，离焦量0，激光功率2500～3500W，焊接速度20～30mm/s。
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