一种clf-1钢扩散焊接的方法
【专利摘要】本发明公开了一种CLF-1钢扩散焊接的方法，包括以下步骤：步骤一、将两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面的表面粗糙度加工至不大于0.4μm；步骤二、将两块待焊CLF-1钢板清洗除油，然后立即放入真空环境下进行保护；步骤三、在两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面上涂覆止焊剂，然后将两块待焊CLF-1钢板组装，组装完成后两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面接触；步骤四、将两块待焊CLF-1钢板在真空扩散焊机内进行扩散焊接；步骤五、将扩散焊接后的焊接件进行固溶处理，固溶处理后降至室温，再回火处理，最后降至室温得到焊接件成品。本发明工序简单，便于实现，可行性及重复性良好，能提高CLF-1钢扩散界面的冲击韧性。
【专利说明】一种CLF-1钢扩散焊接的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焊接【技术领域】，具体是一种CLF-1钢扩散焊接的方法。
【背景技术】
[0002] CLF-1钢为低活化铁素体/马氏体钢（RAFM)，其专用于固态增殖剂实验包层模块 (HC-SBTBM)的研制。目前，固态增殖剂实验包层模块的基本概念设计工作已经完成，为部 分验证原尺寸模块结构设计的合理性和研制工艺的可行性，需针对性开展实验包层（TBM) 模块的研制工作。TBM模块研制过程中需要大量使用真空扩散焊、真空电子束焊等连接技 术，尤其是真空扩散连接技术在TBM模块研制过程中起到最为关键的核心作用，而针对性 开展CLF-1钢真空扩散连接工艺研究对TBM模块的研制具有重要的基础性意义。
[0003] 目前CLF-1钢真空扩散连接后其金相、拉抻性能良好，但其扩散界面冲击韧性偏 低，仅有CLF-1钢母材的27. 8%左右。由于CLF-1钢真空扩散连接工艺在固态增殖剂实验 包层模块研制中扮演着重要角色，如果不能很好的解决CLF-1钢扩散界面冲击韧性偏低的 问题，不能有效提高CLF-1钢扩散界面冲击韧性，将直接影响固态增殖剂实验包层模块的 研制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种CLF-1钢扩散焊接的方法， 其工序简单，便于实现，成本低，采用该方法能提高CLF-1钢扩散界面的冲击韧性，进而能 避免因CLF-1钢扩散界面冲击韧性偏低而影响固态增殖剂实验包层模块的研制。
[0005] 本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种CLF-1钢扩散焊接的方 法，包括以下步骤： 步骤一、将两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面的表面粗糙度加工至不大于0. 4ym; 步骤二、将两块待焊CLF-1钢板清洗除油，然后立即放入真空环境下进行保护； 步骤三、在两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面上涂覆止焊剂，然后将两块待焊CLF-1 钢板组装在真空扩散焊机的工作平台上，组装完成后两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面接 触； 步骤四、将两块待焊CLF-1钢板在真空扩散焊机内进行扩散焊接； 步骤五、将扩散焊接后的焊接件进行固溶处理，固溶处理后降至室温，再回火处理，最 后降至室温得到焊接件成品。
[0006] 进一步的，所述步骤一中待焊CLF-1钢板的待扩散界面的粗糙度加工采用机械球 磨和研磨的方式加工，或采用电化学抛光的方式加工。
[0007] 进一步的，所述步骤二中待焊CLF-1钢板的清洗依次采用碱洗、酸洗、超声波清洗 及酒精脱水的方式进行清洗。如此，本发明应用时首先通过碱洗和酸洗去除待焊CLF-1钢 板表面的氧化皮、氧化膜、油污、灰尘等，然后通过超声波清洗进一步清洗掉残留的氧化皮、 氧化膜、油污、灰尘等，最后通过酒精脱水进行最后的脱水、除油、除污及表面清洁。
[0008] 为了避免酸洗时待焊CLF-1钢板出现过度腐蚀的现象，进一步的，所述酸洗时酸 液的配方及各组分的体积百分比为：HF:HC1:HN03:H20=2:3:15:19。
[0009] 进一步的，所述步骤三中两块待焊CLF-1钢板采用组装机构进行组装，所述组装 机构包括上压头、下压头及多根承立柱，对两块待焊CLF-1钢板组装时包括依次进行的以 下步骤：将下压头放置在真空扩散焊机的工作平台上，将一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1 钢板放置在下压头上且使其待扩散界面朝上，将另一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1钢板的 待焊端面朝下并放置在待扩散界面朝上的待焊CLF-1钢板上，将多根承立柱均匀分布在待 焊CLF-1钢板的四周并放置在下压头上，最后将上压头放置在承立柱上。其中，上压头下端 面与上方的待焊CLF-1钢板上端面接触，上压头、下压头主要起到施加及传承扩散压力的 作用，承立柱主要起到对上压头、下压头之间间距进行支撑限位的作用，防止上压头与下压 头之间间距小于设定值而导致扩散失败。采用该种组装方式一方面可以较好的实现扩散压 力的均匀垂直施压，另一方通过承立柱的限位又能保证扩散连接的效果，防止过度施压导 致扩散失败。
[0010] 进一步的，两块待焊CLF-1钢板大小形状相同，且两块待焊CLF-1钢板层叠后待扩 散面错边量小于〇.5mm;所述上压头与下压头的大小形状相同，组装机构组装后上压头与 下压头的错边量小于〇. 5_。本发明限定错边量的直接目的是确保扩散施压过程的稳定和 均匀，防止上、下待焊CLF-1钢板的窜动，进而确保待扩散面实现稳定、均匀的扩散连接。当 待扩散面错边量大于0. 5mm时会导致待扩散面边缘处扩散效果显著低于待扩散面中心处 扩散效果，造成该结果的主要原因便是错变量增加造成的边缘处扩散施压不均匀，进而导 致边缘处扩散效果较差，因此，本发明限定两块待焊CLF-1钢板层叠后待扩散面错边量小 于 0? 5mm〇
[0011] 进一步的，所述步骤四还包括在扩散焊接完成后以炉冷速度对真空扩散焊机内温 度进行降温，降温至温度小于180°C时取出焊接件。
[0012] 进一步的，所述步骤五中固溶处理时在980°C条件下固溶处理45min，回火处理时 在740°C的条件下处理90min，所述步骤五中降至室温时以大于或等于6°C/min的速度降 至室温。由于CLF-1钢中合金元素含量较高，本发明限定以大于或等于6°C/min的速度降 温，能保证形成全马氏体组织；由于CLF-1钢在略高于920°C时将全部转化为Y相的奥氏 体相，固溶处理时在980°C条件下进行能保证CLF-1钢全部转化为Y相的奥氏体相。本发 明限定固溶处理时间为45min，即能防止温度过高导致晶粒长大严重，又能避免温度过低不 能起到很好的固溶强化作用。本发明限定回火处理温度为740°C，回火温度低于再结晶温度 780°C，既能避免温度过低不能实现完全的回复再结晶，又能避免温度过高可能导致析出相 的长大。本发明焊后热处理方式可最终形成回火马氏体和少量铁素体的稳定、均匀组织，焊 后热处理方式获得的组织晶粒细小，能防止析出相的长大，如此，能使扩散界面冲击韧性得 到显著提高。
[0013] 进一步的，所述步骤四中进行扩散焊接时扩散温度为1020°C?1080°C，单位面积 扩散压力为12?16MPa，保温时间80?120min。
[0014] 为了确保待焊CLF-1钢板及其扩散界面温度的均匀一致，确保待扩散面温度达 到设定值，进一步的，所述步骤四在进行扩散焊接前采用三级升温的方式使扩散温度升至 1080°C，每次升温时均为匀速升温，第一级升温采用30min将真空扩散焊机内环境温度升 温至350°C，并保持350°C条件下60min;第二级升温采用40min升温至850°C，并保持850°C条件下40min;第三级升温时单位面积扩散压强加至2. 5MPa，采用30min升温至1080°C。其 中，350°C、850°C及1080°C三个温度点的选取主要是基于CLF-1钢三个显著的相变转变温 度点，780°C左右为CLF-1钢的再结晶温度、820°C为CLF-1钢a区进入a+ Y两相区相变 点，略高于920°CCLF-1钢将全部转化为Y相，根据以上温度点，结合工艺、设备等性能，最 终确定850°C和1080°C等温度点；850°C及其以下保温时间的确定主要是根据CLF-1钢热导 率以及试样尺寸进行大致计算所得，主要目的是确保扩散试样的温度均匀，而1080°C时的 保温时间主要根据待扩散面积大小得到。
[0015] 综上所述，本发明具有以下有益效果：（1)本发明在扩散焊接前将待焊CLF-1钢板 表面粗糙度降至〇. 4ym及其以下，并对待焊CLF-1钢板清洗除油，能确保扩散界面的清洁 度以及结合间隙，有利于待焊CLF-1钢扩散界面的结合，进而能提升扩散焊接后的冲击韧 性。
[0016] (2)本发明在对待焊CLF-1钢板表面处理完毕后立即放入真空环境下进行保护， 避免了待扩散界面氧化物的生成，从而有效防止界面氧化物对待焊CLF-1钢板扩散界面冲 击韧性的负面影响，能进一步提升扩散焊接后的冲击韧性。
[0017] (3)本发明整体工序简单，便于实现，成本低，可行性及重复性良好，使其在固态增 殖剂实验包层模块的研制中满足相关技术要求，本发明可在核聚变领域中其他以CLF-1钢 为结构材料的扩散成型结构件中推广应用，应用前景很好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的工艺流程图； 图2为组装机构组装有待焊CLF-1钢板时的结构示意图。
[0019] 附图中附图标记所对应的名称为：1、上压头，2、下压头，3、承立柱，4、上待焊 CLF-1钢板，5、下待焊CLF-1钢板。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
[0021] 实施例1 : 如图1所示，一种CLF-1钢扩散焊接的方法，包括依次进行的以下步骤：加工两块待焊CLF-1钢板待扩散界面的表面粗糙度、待焊CLF-1钢板清洗除油、将两块待焊CLF-1钢板涂 覆止焊剂并组装、将两块待焊CLF-1钢板进行扩散焊接及焊接件固溶处理并回火处理得到 成品。加工两块待焊CLF-1钢板待扩散界面的表面粗糙度的具体操作步骤为：采用机械球 磨和研磨的方式、或采用电化学抛光的方式将两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面的表面粗 糙度加工至不大于0.4ym。待焊CLF-1钢板清洗除油的具体操作步骤为：依次采用碱洗、 酸洗、超声波清洗及酒精脱水的方式对两块待焊CLF-1钢板清洗除油，然后立即放入真空 环境下进行保护。其中，碱洗时采用NaOH溶液，酸洗时酸液的配方及各组分的体积百分比 为：册:11(：1:圆0 3:1120=2:3:15:19。将两块待焊〇^-1钢板涂覆止焊剂并组装的具体操作步 骤为：在两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面上涂覆止焊剂，然后将两块待焊CLF-1钢板组装 在真空扩散焊机的工作平台上，组装完成后两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面接触。将两 块待焊CLF-1钢板进行扩散焊接的具体操作步骤为：将两块待焊CLF-1钢板在真空扩散焊 机内进行扩散焊接，在扩散焊接完成后以炉冷速度对真空扩散焊机内温度进行降温，降温 至温度小于180°C时取出焊接件。其中，在进行扩散焊接前采用三级升温的方式，每次升温 时均为匀速升温，第一级升温采用30min将真空扩散焊机内环境温度升温至350°C，并保持 350°C条件下60min;第二级升温采用40min升温至850°C，并保持850°C条件下40min;第三 级升温时单位面积扩散压强加至2. 5MPa，采用30min升温至1080°C。在升温至1080°C时， 加压至15MPa，并保温90min进行扩散焊接。焊接件固溶处理并回火处理得到成品的具体操 作步骤为：将扩散焊接后的焊接件进行固溶处理，固溶处理后降至室温，再回火处理，最后 降至室温得到焊接件成品。其中，固溶处理时在980°C条件下固溶处理45min，回火处理时 在740°C的条件下处理90min，降至室温时以大于或等于6°C/min的速度降至室温。
[0022] 如图2所示，本实施例的两块待焊CLF-1钢板采用组装机构进行组装，组装机构包 括上压头1、下压头2及多根承立柱3,其中，上压头1和下压头2的材质均为石墨。对两块 待焊CLF-1钢板组装时包括依次进行的以下步骤：将下压头2放置在真空扩散焊机的工作 平台上，将一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1钢板放置在下压头2上且使其待扩散界面朝上， 该待焊CLF-1钢板为下待焊CLF-1钢板5,将另一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1钢板的待焊 端面朝下并放置在待扩散界面朝上的待焊CLF-1钢板上，该待焊CLF-1钢板为上待焊CLF-1 钢板4,将多根承立柱3均匀分布在待焊CLF-1钢板的四周并放置在下压头2上，最后将上 压头1放置在承立柱3上。本实施例中上待焊CLF-1钢板4与下待焊CLF-1钢板大小形状 相同，且两块待焊CLF-1钢板层叠后待扩散面错边量小于0. 5mm;所述上压头与下压头的大 小形状相同，组装机构组装后上压头与下压头的错边量小于〇. 5mm。
[0023] 采用超声检测的方式对本实施例扩散焊接结合面进行检测，经检测，扩散面结合 良好，未发现有任何缺陷的回声波。采用本实施例的方式进行多次焊接试验，每次选取的母 材CLF-1钢力学性能见表1，对焊接件成品扩散界面抗拉强度测试，结果见表2,对焊接件成 品冲击韧性进行测试，结果见表3。
【权利要求】
1. 一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、将两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面的表面粗糙度加工至不大于0. 4 y m ; 步骤二、将两块待焊CLF-1钢板清洗除油，然后立即放入真空环境下进行保护； 步骤三、在两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面上涂覆止焊剂，然后将两块待焊CLF-1 钢板组装在真空扩散焊机的工作平台上，组装完成后两块待焊CLF-1钢板的待扩散界面接 触； 步骤四、将两块待焊CLF-1钢板在真空扩散焊机内进行扩散焊接； 步骤五、将扩散焊接后的焊接件进行固溶处理，固溶处理后降至室温，再回火处理，最 后降至室温得到焊接件成品。
2. 根据权利要求1所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤一中待 焊CLF-1钢板的待扩散界面的粗糙度加工采用机械球磨和研磨的方式加工，或采用电化学 抛光的方式加工。
3. 根据权利要求1所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤二中待 焊CLF-1钢板的清洗依次采用碱洗、酸洗、超声波清洗及酒精脱水的方式进行清洗。
4. 根据权利要求3所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述酸洗时酸液 的配方及各组分的体积百分比为：HF: HC1: HN03: H20=2:3:15:19。
5. 根据权利要求1所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤三中两 块待焊CLF-1钢板采用组装机构进行组装，所述组装机构包括上压头、下压头及多根承立 柱，对两块待焊CLF-1钢板组装时包括依次进行的以下步骤：将下压头放置在真空扩散焊 机的工作平台上，将一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1钢板放置在下压头上且使其待扩散界 面朝上，将另一块涂覆有止焊剂的待焊CLF-1钢板的待焊端面朝下并放置在待扩散界面朝 上的待焊CLF-1钢板上，将多根承立柱均匀分布在待焊CLF-1钢板的四周并放置在下压头 上，最后将上压头放置在承立柱上。
6. 根据权利要求5所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，两块待焊CLF-1 钢板大小形状相同，且两块待焊CLF-1钢板层叠后待扩散面错边量小于0. 5mm ;所述上压头 与下压头的大小形状相同，组装机构组装后上压头与下压头的错边量小于〇. 5mm。
7. 根据权利要求1所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤四还包 括在扩散焊接完成后以炉冷速度对真空扩散焊机内温度进行降温，降温至温度小于180°C 时取出焊接件。
8. 根据权利要求1所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤五中固 溶处理时在980°C条件下固溶处理45min，回火处理时在740°C的条件下处理90min，所述步 骤五中降至室温时以大于或等于6°C /min的速度降至室温。
9. 根据权利要求1?8中任意一项所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在 于，所述步骤四中进行扩散焊接时扩散温度为1020°C?1080°C，单位面积扩散压力为12? 16MPa，保温时间80?120min。
10. 根据权利要求9所述的一种CLF-1钢扩散焊接的方法，其特征在于，所述步骤四 在进行扩散焊接前采用三级升温的方式使扩散温度升至1080°C，每次升温时均为匀速升 温，第一级升温采用30min将真空扩散焊机内环境温度升温至350°C，并保持350°C条件下 60min ;第二级升温采用40min升温至850°C，并保持850°C条件下40min ;第三级升温时单 位面积扩散压强加至2. 5MPa，采用30min升温至1080°C。
【文档编号】B23K20/00GK104439678SQ201410679694
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王泽明, 王世忠, 俞德怀, 任来超, 陈路, 单会祥, 陈高詹, 杨小克, 陶海燕, 吴维贵, 任黎平 申请人:中国核动力研究设计院