本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高鉬及鉬合金熔焊焊縫強(qiáng)韌性的微合金化方法。

背景技術(shù)：

鉬，熔點(diǎn)高達(dá)2610℃，中子吸收截面小，熱膨脹系數(shù)低，熱傳導(dǎo)性能優(yōu)異，高溫力學(xué)性能好，可加工性好，當(dāng)溫度低于500℃時(shí)，鉬在空氣或水中有良好的穩(wěn)定性。上述優(yōu)點(diǎn)使得鉬在冶金、航空、航天、核能、軍事等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。然而，鉬及鉬合金本質(zhì)上是硬脆材料，焊接性極差。由于鉬的熔點(diǎn)太高，一般須采用粉末冶金的方式加工制備，材料含氣量較高；同時(shí)，鉬在高溫下對(duì)o、n、c等雜質(zhì)十分敏感，特別是在熔化焊熔池凝固時(shí)，o、n、c等雜質(zhì)元素易在晶界處偏析，使晶界弱化，焊縫的結(jié)合強(qiáng)度極差。上述問題嚴(yán)重制約了鉬及鉬合金在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決鉬及鉬合金焊接中面臨的問題，提供了一種提高鉬及鉬合金熔焊焊縫強(qiáng)韌性的微合金化方法，該方法能夠消除雜質(zhì)元素在晶界處偏析的問題，鉬及鉬合金熔焊焊縫的結(jié)合強(qiáng)度較好。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的提高鉬及鉬合金熔焊焊縫強(qiáng)韌性的微合金化方法包括以下步驟：

1)對(duì)待焊接工件上的待焊區(qū)域表面預(yù)處理，其中，待焊接工件的材質(zhì)為鉬或鉬合金；

2)在待焊接工件的接合處填充鈦層；

3)將待焊接工件放置到惰性氣體保護(hù)氣氛中或真空環(huán)境中，并對(duì)待焊接工件的焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱；

4)完成待焊接工件的焊接，再對(duì)焊接后工件的焊縫區(qū)域進(jìn)行保溫，然后冷卻至室溫，完成對(duì)工件熔焊焊縫的微合金化。

步驟1)中對(duì)待焊接工件上的待焊區(qū)域表面預(yù)處理的具體操作為：打磨待焊接工件的焊接區(qū)域，再對(duì)待焊接工件的焊接區(qū)域進(jìn)行堿洗，然后再用清水進(jìn)行沖洗，再將待焊接工件的焊接區(qū)域浸泡于丙酮中進(jìn)行超聲清洗，最后再將待焊接共建的焊接區(qū)域吹干。

步驟4)中通過激光焊、激光電弧復(fù)合焊、電子束焊、等離子束焊或氬弧焊完成待焊接工件的焊接。

待焊接工件的材質(zhì)為鉬、鉬鎢合金、鉬錸合金、tzm合金、合金元素含量不超過2wt％的鉬合金或第二相摻雜物含量不超過2wt％的鉬合金。

工件的焊縫形式為對(duì)接焊縫或角接焊縫，其中，焊接前工件的裝配間隙小于0.02mm。

焊后焊縫金屬中所摻入的鈦元素的質(zhì)量百分比為0.8％。

鈦層中鈦的純度大于等于99.99％。

步驟2)中在待焊接工件的接合處填充鈦層的方法為直接填充箔材、濺射鍍膜、電鍍、冷噴涂或激光熔覆。

步驟3)中預(yù)熱的預(yù)熱溫度為450℃-550℃。

步驟3)中將待焊接工件放置到純度大于等于99.999％的氬氣中或真空度大于等于10^-1pa的真空環(huán)境中。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的提高鉬及鉬合金熔焊焊縫強(qiáng)韌性的微合金化方法在具體操作時(shí)，通過在待焊接工件的接合處填充鈦層，通過鈦與鉬在從液相到固相的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)生勻晶反應(yīng)，使鈦與鉬無限互溶，并且不生成脆硬相，且鈦與鉬的固溶體熔點(diǎn)較高，具有較好的高溫力學(xué)性能。同時(shí)，鈦在高溫下對(duì)氧具有極強(qiáng)的親和力，可以有效地消除雜質(zhì)元素在晶界的偏析現(xiàn)象，避免發(fā)生晶界分離，并且反應(yīng)生成的moxtiyoz復(fù)合氧化物可以對(duì)焊縫組織起到第二相粒子彌散強(qiáng)化的作用，從而有效地提高鉬及鉬合金熔焊焊縫的結(jié)合強(qiáng)度，經(jīng)試驗(yàn)，采用本發(fā)明后鉬及鉬合金的熔焊接頭的強(qiáng)韌性得到顯著的提高，焊接接頭室溫拉伸強(qiáng)度達(dá)到母材室溫拉伸強(qiáng)度的80％以上，并且焊縫拉伸斷口微觀形貌主要表現(xiàn)為穿晶斷裂。

附圖說明

圖1為ti-mo二元平衡相圖；

圖2(a)為實(shí)施例一中鉬管的尺寸示意圖；

圖2(b)為實(shí)施例一中鈦箔的尺寸示意圖；

圖2(c)為實(shí)施例一中端塞尺寸示意圖；

圖3為實(shí)施例一中焊接接頭及焊縫形貌圖；

圖4為實(shí)施例一中鉬管母材、不加ti接頭與加ti接頭拉伸曲線圖；

圖5為實(shí)施例一中不加ti時(shí)鉬合金激光焊接頭拉伸斷口顯微形貌圖；

圖6為實(shí)施例一中加ti時(shí)鉬合金激光焊接頭拉伸斷口顯微形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明所述的提高鉬及鉬合金熔焊焊縫強(qiáng)韌性的微合金化方法包括以下步驟：

1)對(duì)待焊接工件上的待焊區(qū)域表面預(yù)處理，其中，待焊接工件的材質(zhì)為鉬或鉬合金；

2)在待焊接工件的接合處填充鈦層；

3)將待焊接工件放置到惰性氣體保護(hù)氣氛中或真空環(huán)境中，并對(duì)待焊接工件的焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱；

4)完成待焊接工件的焊接，再對(duì)焊接后工件的焊縫區(qū)域進(jìn)行保溫，然后冷卻至室溫，完成對(duì)工件熔焊焊縫的微合金化。

步驟1)中對(duì)待焊接工件上的待焊區(qū)域表面預(yù)處理的具體操作為：打磨待焊接工件的焊接區(qū)域，再對(duì)待焊接工件的焊接區(qū)域進(jìn)行堿洗，然后再用清水進(jìn)行沖洗，再將待焊接工件的焊接區(qū)域浸泡于丙酮中進(jìn)行超聲清洗，最后再將待焊接工件的焊接區(qū)域吹干。

步驟4)中通過激光焊、激光電弧復(fù)合焊、電子束焊、等離子束焊或氬弧焊完成待焊接工件的焊接。

待焊接工件的材質(zhì)為純鉬、鉬鎢合金、鉬錸合金、tzm合金、合金元素含量不超過2wt％的鉬合金或第二相摻雜物含量不超過2wt％的鉬合金。

工件的焊縫形式為對(duì)接焊縫或角接焊縫，其中，焊接前工件的裝配間隙小于0.02mm。

焊后焊縫金屬中所摻入的鈦元素的質(zhì)量百分比為0.8％。

鈦層中鈦的純度大于等于99.99％。

通過直接填充箔材、濺射鍍膜方法、電鍍方法、冷噴涂方法或激光熔覆方法在待焊接工件的接合處填充鈦層。

步驟3)中預(yù)熱的預(yù)熱溫度為450℃-550℃。

步驟3)中將待焊接工件放置到純度大于等于99.999％的氬氣中或真空度大于等于10^-1pa的真空環(huán)境中。

實(shí)施例一

以含0.25wt％la2o3彌散強(qiáng)化相的高性能鉬合金薄壁管-端塞的對(duì)接激光焊為例，其尺寸如圖2(a)、圖2(b)及圖2(c)所示，其中，圖2(a)、圖2(b)及圖2(c)中各標(biāo)注的單位均為mm；焊接的主要操作流程為：1)將鉬管及端塞對(duì)接區(qū)域依次用240#砂紙、600#砂紙、1000#砂紙進(jìn)行打磨，然后用稀氫氧化鈉水溶液進(jìn)行堿洗，最后用丙酮超聲清洗，吹干備用；2)將厚度為0.05mm的ta1鈦箔加工成外徑為10mm、內(nèi)徑為8.5mm的環(huán)形墊片，再用由12ml的hno3、6ml的hf及82ml的h2o配制而成的溶液進(jìn)行酸洗以去除鈦箔表面氧化膜，最后用丙酮超聲清洗，吹干備用；3)將鉬管與端塞進(jìn)行裝配，將鈦箔環(huán)形墊片填充于兩者接縫處，保證三者裝配緊密；4)將裝配好的待焊試樣置于高純氬氣保護(hù)氣氛中，再對(duì)對(duì)焊接頭進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)接頭溫度達(dá)到500℃后，將功率為1200kw的激光束照射于鉬管與端塞填充了鈦箔的接縫處，并將試樣以0.2m/min的線速度旋轉(zhuǎn)一周，完成對(duì)鉬管和端塞的激光焊環(huán)焊，將焊后的焊接接頭在500℃以上保溫30s，然后再緩慢冷卻至室溫，試樣焊縫形貌如圖3所示。

按照上述步驟焊接一個(gè)鉬管和端塞對(duì)接處不加鈦箔的試樣作為對(duì)照；對(duì)高性能鉬合金薄壁管母材、不加鈦箔和加鈦箔的兩種高性能鉬合金激光焊對(duì)接接頭進(jìn)行拉伸，拉伸曲線如圖4所示，鉬管母材的抗拉強(qiáng)度為720mpa，斷裂時(shí)伸長量達(dá)到10.6mm；不加鈦箔焊接接頭的抗拉強(qiáng)度僅為124mpa，斷裂時(shí)伸長量?jī)H為0.6mm；加鈦箔焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為606mpa，達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的84.2％，拉伸時(shí)塑韌性相比于不加鈦箔時(shí)得到顯著改善，斷裂時(shí)伸長量為3.1mm。如圖5及圖6，不加鈦箔時(shí)接頭的斷裂模式主要表現(xiàn)為沿晶斷裂，而加鈦箔時(shí)接頭的斷裂模式主要表現(xiàn)為穿晶解理斷裂，因此本發(fā)明可以顯著改善其激光焊接頭的韌性，提高接頭的抗拉強(qiáng)度。