專利名稱：超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料的焊接工藝，尤其涉及一 種Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料之間或其與不銹鋼異種材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，屬 于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所述的Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料為一種由超級(jí)鎳(S叩er-Ni)復(fù)層和NiCr 合金基層通過真空等靜壓軋制和超塑性成形的方法制成的疊合板，是一種新型的高溫結(jié) 構(gòu)材料。這種疊層復(fù)合材料利用純鎳作韌化復(fù)層，具有比單一材料更好的耐高溫和抗疲 勞性能。將這種S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與其他材料連接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)能減輕構(gòu)件 的質(zhì)量、發(fā)揮各自的性能，用于先進(jìn)的動(dòng)力設(shè)備部件具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料具有良好的高溫力學(xué)性能以及抗氧化、耐腐蝕性，可 以廣泛應(yīng)用于航空航天、核工程、能源動(dòng)力、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金等領(lǐng)域。但是， 實(shí)現(xiàn)所述高溫疊層復(fù)合材料的焊接及保證接頭性能穩(wěn)定性難度很大，致使其應(yīng)用受到限 制。作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透邷亟Y(jié)構(gòu)材料，焊接性問題是制約疊層復(fù)合材料整體 加工和應(yīng)用的主要障礙之一。
由于Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料焊接時(shí)易形成Ni的低熔點(diǎn)物質(zhì)，焊縫凝固時(shí)形 成單相奧氏體柱狀晶而促使雜質(zhì)偏析，存在熱裂紋敏感性；焊縫金屬凝固時(shí)的組織偏析 以及脆性相的析出，致使焊縫的塑性和韌性降低；而且疊層復(fù)合材料焊接時(shí)復(fù)層金屬受 熱熔化易于剝離基層，與基體的熔合性差，阻礙了 Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的推廣 應(yīng)用。
在某些特定場合，高溫部件僅有一部分結(jié)構(gòu)經(jīng)受特定的負(fù)荷、溫度和介質(zhì)的作用， 將S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與其他材料連接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)不但能減輕構(gòu)件的重量， 而且能發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢。因此，疊層復(fù)合材料與不銹鋼等其他材料的焊接也是制備 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)外文獻(xiàn)中尚未見有關(guān)Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合 材料焊接研究的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有疊層復(fù)合材料焊接技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種簡便易行、焊接效率高 且適應(yīng)性強(qiáng)的超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料之間或其與不銹鋼異種材料的填 絲鎢極氬弧焊工藝。
本發(fā)明所述超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，步驟 如下
(1) 焊前將超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的純鎳(Super-Ni) 復(fù)層加工掉，要求被加工處平整，露出基層，如圖1所示，并用砂紙將基層打磨至出現(xiàn) 金屬光澤；
(2) 采用直徑為2. 0 2. 5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用酸溶液對(duì)其 進(jìn)行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤后用清水沖洗至中性，烘干，備用(烘干后最 好立即施焊)；或者焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤，備用；焊接量小時(shí)，填充焊絲選用砂紙打磨至露出金屬光澤即可，不必進(jìn)行酸洗處理；
(3) 待焊對(duì)接件接頭表面處理若待焊對(duì)接件為超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù) 合材料，處理方法同步驟(1);若對(duì)接件為疊層復(fù)合材料與不銹鋼異種材料連接，接頭 處加工如圖2所示，即疊層復(fù)合材料接頭處處理方法同步驟(1)，不銹鋼異種材料用砂 紙將接頭處表面打磨至露出金屬光澤；
(4) 將步驟(1)所述表面處理好的超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料接頭與 步驟(3)處理后的待焊對(duì)接件接頭水平對(duì)接裝配放置，并使裝配間隙不大于0.5mm;
(5)采用手工填絲的鎢極氬弧焊在水平位置進(jìn)行焊接，鉤極氬弧焊工藝參數(shù)為焊 接電壓10 13V，焊接電流80 110A，氬氣流量8 15L/min，壓低氬弧短弧施焊，均勻 地?cái)嗬m(xù)添加填充的Cr-Ni合金焊絲。
上述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝中
所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料是通過真空靜壓軋制和超塑性成形方法制成的純鎳
復(fù)層厚度為0. 2 0. 4咖，NiCr基層厚度為1. 6 2. 4mm的疊層復(fù)合板。
所述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Ni13合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)%計(jì)為C《0. 15，
Cr 22. 0 25. 0， Ni 12. 0 14. 0， Mn 0. 5 2. 5， Mo《0. 75， W《1.0， Cu《0. 75， Si《
0.90，余為Fe。
所述酸溶液是5%HF的水溶液與35%剛03的水溶液的混合液。 所述填絲鎢極氬弧焊工藝采用氬氣進(jìn)行保護(hù)，氬氣純度大于99. 9%。 所述填絲鎢極氬弧焊工藝采用鎢-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 9%，鎢極直徑2mra，
端部打磨成尖錐形。
上述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝中在采用鉤極氬弧焊施燥 時(shí)，若對(duì)接件是超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料之間的焊接，氬弧居中可以防 止純鎳復(fù)層的燒損，促使疊層復(fù)合材料的純鎳復(fù)層與NiCr基層同時(shí)成形；若對(duì)接件是 超級(jí)鎳(Super-Ni) /NiCr疊層復(fù)合材料與不銹鋼之間焊接，氬弧指向應(yīng)稍偏向不銹鋼 一側(cè)，以減小疊層復(fù)合材料側(cè)的熱輸入，避免純鎳復(fù)層與NiCr基層熔合不良的情況發(fā) 生，并應(yīng)均勻地?cái)嗬m(xù)添加Cr-Ni合金系填充焊絲。
本發(fā)明采用添加含合金化元素Mo、 Mn、 W的Cr25-Ni13合金系焊絲實(shí)現(xiàn) Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊。高Ni、 Cr合金焊絲與Super-Ni/NiCr 疊層復(fù)合材料有較好的互溶性，加上合金化元素Mo、 Mn與Ni、 Cr基體反應(yīng)，對(duì)基體產(chǎn) 生固溶強(qiáng)化作用，提高焊縫金屬的結(jié)合強(qiáng)度，確保Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料形成綜 合性能良好的焊接接頭。
同樣地，本發(fā)明提出的添加Cr25-Ni13合金系焊絲的填絲鎢極氬弧焊工藝可以確保 S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與不銹鋼之間充分熔合，形成接頭性能可靠的焊接接頭， 填充合金焊絲中的合金化元素起到固溶強(qiáng)化作用，提高了疊層復(fù)合材料氬弧焊接頭的強(qiáng) 度性能。
采用本發(fā)明的方法可獲得無裂紋、無氣孔和界面熔合良好的焊接接頭，接頭強(qiáng)度接 近于母材、伸長率大于30%。本發(fā)明的方法適用于耐熱抗腐蝕、耐高溫條件下 Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的焊接，特別是疊層復(fù)合材料與不銹鋼等異種材料的焊接。
采用本發(fā)明提出的填充Cr25-Ni 13合金系焊絲的Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的鎢 極氬弧焊工藝，可得到焊縫成形美觀、接頭力學(xué)性能和耐熱性能好的焊接接頭。并且，本發(fā)明具有操作方便、工藝性好和便于現(xiàn)場作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，適用于Super-Ni/NiCr疊層復(fù)
合材料之間的焊接，也可用于疊層復(fù)合材料與不銹鋼等異種材料的焊接。


圖1 S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料之間焊接的對(duì)接接頭形式。
其中l(wèi)是復(fù)層；2是基層。 圖2 Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與不銹鋼間焊接的對(duì)接接頭形式。
其中l(wèi)是復(fù)層；2是基層；3是不銹鋼。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l:
試板尺寸為lOOramX 100mmX2. 5mm的Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的對(duì)接填絲鎢極 氬弧焊。取兩塊相同尺寸規(guī)格的疊層復(fù)合材料，對(duì)接焊，接頭處不開坡口。
施焊前先將Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的純鎳復(fù)層機(jī)械加工掉，加工 成如圖l所示的接頭形式。要求被加工接頭處平整，露出基層，并用砂紙將基層打磨至 出現(xiàn)金屬光澤。采用直徑為2. Omm的Cr25-Ni13合金系焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙 將焊絲表面打磨光潔。將兩塊加工好的S叩er-Ni/NiO疊層復(fù)合材料試板水平對(duì)接點(diǎn)固 裝配，裝配間隙小于0.5咖。采用手工填絲的鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，鎢極氬弧焊工藝參 數(shù)為焊接電壓11 12V，焊接電流80 90A，氬氣流量8 10L/min，壓低氬弧進(jìn)行焊 接，均勻地?cái)嗬m(xù)添加填充焊絲。鎢極氬弧焊采用直徑2ram的鉤-釷電極，鉤的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為99.9%，端部為尖錐形。
焊接中的保護(hù)氣體為純度大于99.9%的氬氣。施焊時(shí)，氬弧居中，以防止純鎳復(fù)層 燒損，使疊層復(fù)合材料的純鎳復(fù)層、NiCr基層與Cr-Ni填充合金熔合良好。
所得到的S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料對(duì)接焊縫熔合良好、組織均勻，沒有發(fā)現(xiàn)微 裂紋、氣孔等缺陷，焊接接頭的力學(xué)性能滿足使用要求。
實(shí)施例2:
Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼對(duì)接的填絲鎢極氬弧焊。 Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料試板尺寸為80咖X80mmX2. 5mm， 1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹 鋼試板尺寸80mmX80咖X2.5誦。兩板對(duì)接焊，接頭處不開坡口。
施焊前先將Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的純鎳復(fù)層機(jī)械加工掉，加工 成如圖2所示的接頭形式。要求被加工接頭處平整，露出基層，并用砂紙將基層打磨至 出現(xiàn)金屬光澤。采用直徑02.5mm的Cr25-Nil3合金系焊絲作為填充金屬，焊絲表面用 砂紙打磨光潔。將加工好的Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼 水平對(duì)接點(diǎn)固裝配，裝配間隙小于0.5mm。采用手工填絲的鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，鎢極 氬弧焊工藝參數(shù)為焊接電壓11 12V，焊接電流90 100A，氬氣流量9 12L/min，壓 低氬弧進(jìn)行焊接，均勻地?cái)嗬m(xù)添加填充焊絲。鎢極氬弧焊采用直徑2mm的鉤-釷電極， 鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 9%，端部為尖錐形。
焊接中的保護(hù)氣體為純度大于99.9%的氬氣。施焊時(shí)，氬弧指向稍偏向1Crl8Ni9Ti 不銹鋼一側(cè)，以防止純鎳復(fù)層過熱和燒損，使疊層復(fù)合材料的純鎳復(fù)層、NiCr基層與不 銹鋼形成熔合良好的焊縫金屬。
所得到的S叩er-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼對(duì)接接頭焊縫 成形良好、組織均勻，焊縫填充金屬與兩側(cè)的Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料和lCrl8Ni9Ti不銹鋼熔合良好，沒有發(fā)現(xiàn)微裂紋、氣孔等缺陷，焊接接頭的力學(xué)性能滿足 使用要求。
實(shí)施例3:
Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料與1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼對(duì)接的填絲鎢極氬弧焊。
(1) 施焊前將超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的純鎳復(fù)層機(jī)械加工掉，要求 被加工處平整，露出基層，并用砂紙將基層打磨至出現(xiàn)金屬光澤；
(2) 采用直徑為2. 5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，用砂紙將其表面打磨至露 出金屬光澤；
(3) 待焊對(duì)接件不銹鋼接頭表面處理焊前用酸溶液(5%冊的水溶液與35%柳03的 水溶液的混合液)對(duì)其接頭處進(jìn)行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤后用清水沖洗至 中性，烘干，備用；或不銹鋼異種材料用砂紙將接頭處表面打磨至露出金屬光澤，備用；
(4) 將步驟(1)所述表面處理好的超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料接頭與步驟(3)處 理后的待焊對(duì)接件接頭水平對(duì)接點(diǎn)固裝配，并使裝配間隙不大于0. 5mm;
(5) 采用手工填絲的鎢極氬弧焊在水平位置進(jìn)行焊接，鎢極氬弧焊工藝參數(shù)為焊 接電壓12 13V，焊接電流100 110A，氬氣流量12 15L/min，壓低氬弧進(jìn)行焊接。
其中所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料是通過真空靜壓軋制和超塑性成形方法制成 的純鎳復(fù)層厚度為0. 3mm， NiCr基層厚度為2. Omm的疊層復(fù)合板。
所述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Ni13合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)%計(jì)為C《0. 15， Cr 22.0 25. 0， Ni 12.0 14. 0, Mn 0. 5 2. 5， Mo《0. 75， W《1.0， Cu《0. 75， Si《 0.90，余為Fe。
所述填絲鎢極氬弧焊工藝采用氬氣進(jìn)行保護(hù)，氬氣純度大于99. 9%。 所述填絲鉤極氬弧焊工藝采用鎢-釷電極，鉤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，鎢極直徑2mm， 端部打磨成尖錐形。
鎢極氬弧焊施焊時(shí)，應(yīng)均勻地?cái)嗬m(xù)添加填充的Cr-Ni合金焊絲，氬弧指向應(yīng)稍偏向 不銹鋼一側(cè)，以減小疊層復(fù)合材料一側(cè)的熱輸入，避免純鎳復(fù)層與基層熔合不良的情況 發(fā)生。
權(quán)利要求
1. 一種超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，步驟如下(1)焊前將超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的純鎳復(fù)層加工掉，要求被加工處平整，露出基層，并用砂紙將基層打磨至出現(xiàn)金屬光澤；(2)采用直徑為2.0～2.5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用酸溶液對(duì)其進(jìn)行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤后用清水沖洗至中性，烘干，備用；或者焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤，備用；(3)待焊對(duì)接件接頭表面處理若待焊對(duì)接件為超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料，處理方法同步驟(1)；若對(duì)接件為疊層復(fù)合材料與不銹鋼異種材料連接，疊層復(fù)合材料接頭處處理方法同步驟(1)，不銹鋼異種材料用砂紙將接頭處表面打磨至露出金屬光澤；(4)將步驟(1)所述表面處理好的超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料接頭與步驟(3)處理后的待焊對(duì)接件接頭水平對(duì)接裝配放置，并使裝配間隙不大于0.5mm；(5)采用手工填絲的鎢極氬弧焊在水平位置進(jìn)行焊接，鎢極氬弧焊工藝參數(shù)為焊接電壓10～13V，焊接電流80～110A，氬氣流量8～15L/min；壓低氬弧短弧施焊，均勻地?cái)嗬m(xù)添加填充的Cr-Ni合金焊絲。
2. 如權(quán)利要求l所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是 所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料是通過真空靜壓軋制和超塑性成形方法制成的純鎳復(fù)層 厚度為0. 2 0. 4隱，NiCr基層厚度為1. 6 2. 4畫的疊層復(fù)合板。
3. 如權(quán)利要求l所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是 所述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Nil3合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)％計(jì)為C《0. 15， Cr 22. 0 25. 0， Nil2.0 14. 0， Mn 0. 5~2. 5， Mo《0. 75， W《1.0， Cu《0. 75， Si《0. 90， 余為Fe。
4. 如權(quán)利要求l所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是-所述酸溶液是5%HF的水溶液與35%朋03的水溶液的混合液。
5. 如權(quán)利要求1所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是 所述鎢極氬弧焊工藝采用氬氣進(jìn)行保護(hù)，氬氣純度大于99.9%。
6. 如權(quán)利要求1所述超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 所述鎢極氬弧焊工藝采用鎢-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，鎢極直徑2mm，端部打磨 成尖錐形。
7. 如權(quán)利要求l所述超級(jí)鎳/MCr疊層復(fù)合材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 步驟(5)所述采用鎢極氬弧焊施焊時(shí)，若對(duì)接件是超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料間的焊接， 氬弧應(yīng)居中以防止純鎳復(fù)層燒損；若對(duì)接件是超級(jí)鎳/MCr疊層復(fù)合材料與不銹鋼間的 焊接，氬弧指向應(yīng)稍偏向不銹鋼一側(cè)，以減小疊層復(fù)合材料一側(cè)的熱輸入，避免純鎳復(fù) 層與基層熔合不良的情況發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級(jí)鎳/NiCr疊層復(fù)合材料與不銹鋼異種材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，步驟是焊前將超級(jí)鎳(Super-Ni)/NiCr疊層復(fù)合材料待焊接頭處的Super-Ni復(fù)層加工掉，露出基層，如附圖所示，并用砂紙將基層及不銹鋼接頭處打磨至出現(xiàn)金屬光澤；以表面光潔的Cr25-Ni13合金系焊絲作為填充金屬，采用手工填絲的鎢極氬弧焊在水平位置進(jìn)行焊接，鎢極氬弧焊工藝參數(shù)為焊接電壓10～13V，焊接電流80～110A，氬氣流量8～15L/min，壓低氬弧短弧施焊。本發(fā)明的方法適用于耐熱抗腐蝕、耐高溫條件下Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料的焊接，特別是疊層復(fù)合材料與不銹鋼等異種材料的焊接；獲得焊接接頭焊縫成形美觀、無裂紋和氣孔、界面熔合良好，接頭強(qiáng)度接近于母材、伸長率大于30％。
文檔編號(hào)B23K103/18GK101284329SQ20081001650
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者夏春智, 李亞江, 娟 王 申請人:山東大學(xué)