一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法与应用
【专利摘要】本发明公开了一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法与应用，将焊前清理后的钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，然后采用填丝钨极氩弧焊进行正面焊接，正面焊接完毕后，进行背面焊接，在正面焊接和背面焊接过程中控制钨极氩弧焊偏向钼铜合金一侧。双面焊道进行焊接，背面焊道焊接时，对正面焊道可以起到降低冷却速度的作用，同时正面焊道的余温对背面焊道的焊接又起到预热的作用，正背面焊道温度的相互作用，可以避免接头产生焊接延迟裂纹，解决了钼铜合金与铁基高温合金容易产生焊接裂纹的问题。
【专利说明】
一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法与应用
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种钼铜合金与高温合金的焊接工艺，尤其涉及一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法与应用。
【背景技术】
[0002]钼铜合金是采用高品质钼粉及无氧铜粉，采用热等静压成型(高温烧结-渗铜)工艺获得的组织结构细密、导电导热性好、热膨胀系数小的高温材料。由于钼铜合金具有成分可调性，从而具有可调节热导率和热膨胀系数的优点。铁基高温合金是一种以铁为基体、含一定量铬和镍的奥氏体合金，在600?800°C高温下有一定强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的材料，主要广泛用于航空、航天、能源、冶金和石油化工等领域的高温结构材料。将钼铜合金与铁基高温合金进行焊接获得复合焊件，将大大提高钼铜合金在耐高温场合的广泛应用。
[0003]钼铜合金与铁基高温合金焊接时，由于其热物理性能差异较大，尤其是热导率及线膨胀系数相差显著，容易产生焊接应力，焊后形成延迟裂纹，大大增加了这两种合金的焊接难度。如果采用传统的预热措施，解决钼铜合金与铁基高温合金焊接延迟裂纹问题，会导致钼铜合金与铁基高温合金表面氧化严重。并且，钼铜合金在520°C以上容易氧化且随温度的升高其吸收氧的能力显著上升，加之铁基高温合金焊接时容易产生气孔，因此钼铜合金和铁基高温合金的焊接大多在真空中或采取惰性气体保护下进行。因此开发这一种能够抑制焊接裂纹、高效保护接头的钼铜合金与铁基高温合金连接方法显得尤为迫切。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决目前钼铜合金与铁基高温合金容易产生焊接延迟裂纹、传统的钨极氩弧焊操作无法直接用于上述两种合金的焊接问题，提供一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法，该焊接方法具有方法简单、焊接质量好以及焊接效率高等优点，可以避免焊接延迟裂纹的产生。
[0005]本发明的另一个目的是提供双面填丝钨极氩弧焊在焊接钼铜合金与铁基高温合金中的应用。
[0006]为了解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0007]双面填丝钨极氩弧焊在焊接钼铜合金与铁基高温合金中的应用。
[0008]—种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法，包括如下步骤:
[0009]将焊前清理后的钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，然后采用填丝钨极氩弧焊进行正面焊接，正面焊接完毕后，进行背面焊接，在正面焊接和背面焊接过程中控制钨极氩弧焊偏向钼铜合金一侧。
[0010]通过双面填丝钨极氩弧焊道进行焊接，背面焊道焊接时，对正面焊道可以起到降低冷却速度的作用，同时正面焊道的余温对背面焊道的焊接又起到预热的作用，正背面焊道温度的相互作用，可以避免接头产生焊接延迟裂纹，解决了钼铜合金与铁基高温合金容易产生焊接裂纹的问题。同时，避免了采用氧乙炔火焰预热措施带来的钼铜合金与铁基高温合金表面氧化严重的问题。
[0011]由于钼铜合金熔点远远高于铁基高温合金，为保证接头区熔敷金属成分的均匀性，因此，在正面焊接和背面焊接过程中控制钨极氩弧焊偏向钼铜合金一侧。
[0012]优选的，上述焊接方法还包括背面焊接完毕后，进行保温缓冷的步骤。
[0013]焊接完毕后，对焊接件进行保温，可以降低冷却速度，可以避免接头处产生焊接延迟裂纹。
[0014]进一步优选的，背面焊接完毕后，立即用石棉布覆盖焊件进行保温，直至温度冷却至100°C以下。
[0015]优选的，正面焊接完毕后，还包括对焊缝背面的氧化层进行清理的步骤。
[0016]进一步优选的，采用不锈钢钢丝刷刷去焊缝背面的氧化层，再用金相砂纸进行打磨，直至露出金属光泽。
[0017]进一步优选的，背面清理后，立即进行背面焊接。以免焊件温度过低，起不到对背面焊道的预热作用。
[0018]优选的，焊前清理的方法，包括如下步骤:用金相砂纸打磨钼铜合金和铁基高温合金的待焊坡口表面及周围，吹除表面残留的粉肩，然后用100%酒精进行擦拭、干燥。
[0019]进一步优选的，焊前清理中的坡口加工过程中，厚度大于3mm的工件，将钼铜合金和铁基高温合金接头坡口加工成双V型，留有0.8-1.2_钝边;厚度小于3mm的工件，不用加工坡口。
[0020]优选的，在焊接过程中采用纯氩气对焊接区域正面和背面同时进行保护。
[0021]进一步优选的，焊接过程中焊接区域一直处于氩气保护中，并且为了更好地保证钼铜合金不被氧化，填丝钨极氩弧焊正面焊接前，先对工件的正面和背面同时提前通氩气保护5?Smin，降低待焊区域的氧化气氛;背面焊缝收尾熄弧后，应继续延时通氩气保护3?5min，以避免焊接区域的高温氧化。
[0022]优选的，所述钼铜合金为1060-(:1140;铁基高温合金为6!11131合金
[0023]优选的，钼铜合金和铁基高温合金对接定位焊装配间隙为0.5?2.0_。
[0024]优选的，焊接中使用的焊丝为N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，直径为0.8?2.0mm，主要成分为(质量分数％)?0.01，Μη彡 1.0，Fe 24?28，Cr 21 ?25，Mo 6.5?8.5，Cu 3.0?3.5，余为Ni。
[0025]焊丝中添加合金元素N1、Mo和Cu，改善钼铜合金与铁基高温合金的焊接性，避免接头生成Mo-Fe化合物。
[0026]进一步优选的，焊丝与工件表面的夹角为75?80°，且焊丝要在焊嘴的前方边熔化边送丝。
[0027]优选的，正面焊接热输入为11?13kJ/cm，氩气流量为20?25L/min。
[0028]优选的，背面焊接的热输入为9?12kJ/cm0
[0029]优选的，所述钨极为铈钨极。
[0030]优选的，焊接的具体方法为:采用直流填丝钨极氩弧焊方法，控制焊接热输入为11?13kJ/cm，氩气流量为20?25L/min;钨极为铈钨极;填充材料为成分介于钼铜合金和铁基高温合金之间的N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，直径为0.8?2.0mm，主要成分为(质量分数％ ): CS
0.01,Mn^l.0,Fe 24 ?28，Cr 21 ?25，Mo 6.5 ?8.5，Cu 3.0?3.5，余为 Ni ;焊接时焊嘴与工件表面的倾斜角应保持在30?70°，为了便于操作，焊丝与工件表面的夹角为75°?80°，且焊丝要在焊嘴的前方边熔化边送丝。
[0031 ]上述焊接方法焊接得到的钼铜合金和铁基高温合金的焊接接头。
[0032]本发明的有益效果为:
[0033]本发明采用双面填丝钨极氩弧焊，一方面通过在焊丝中添加合金元素N1、Mo、Cu改善钼铜合金与铁基高温合金的焊接性，避免接头生成脆性的Mo-Fe化合物;另一方面是通过双面焊道进行焊接，背面焊道焊接时，对正面焊道可以起到降低冷却速度的作用，同时正面焊道的余温对背面焊道的焊接又起到预热的作用，正背面焊道温度的相互作用，可以避免接头产生焊接延迟裂纹，解决了钼铜合金与铁基高温合金容易产生焊接裂纹的问题。同时，避免了采用氧乙炔火焰预热措施带来的钼铜合金与铁基高温合金表面氧化严重的问题。
[0034]采用本发明给出的钼铜合金与铁基高温合金的双面填丝钨极氩弧焊工艺，可以获得焊缝组织均匀、无脆性Mo-Fe化合物生成，两侧母材与焊缝都熔合良好的焊接接头，如图1所示(实施例1条件下获得的接头形貌)。
[0035]本发明方法由于可以很好地避免钼铜合金与铁基高温合金接头裂纹的产生，有效地提高了焊接接头的抗拉强度，室温抗拉强度达730-820MPa，适用于高温高强构件的连接。
【附图说明】
[0036]图1为实施例1的母材与焊缝熔合良好的焊接接头形貌；
[0037]图2为实施例1中焊缝区的均匀组织特征。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0039]实施例1:
[0040]Mo60-Cu40钼铜合金与GHl 131铁基高温合金接头的双面填丝钨极氩弧焊，钼铜合金板的尺寸均为10mmX 50mmX 3mm，GH1131铁基高温合金板的尺寸为10mmX 50mmX 3mm。
[0041](I)焊前准备
[0042]用砂轮将钼铜合金和铁基高温合金分别加工出双V型坡口，留有0.8mm钝边;然后用金相砂纸打磨钼铜合金和铁基高温合金的坡口表面及其周围，吹除表面残留的所有粉肩，然后用100 %酒精擦拭、干燥。
[0043](2)正面焊接
[0044]对钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，装配间隙为1.0mm;采用直流填丝钨极氩弧焊方法，控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为12kJ/cm，氩气流量为25L/min ；钨极为铈钨极;填充材料为直径1.2mm的N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，主要成分是(质量分数％):C 0.01,Mn 1.0,Fe 24,Cr 25,Mo 6.5,Cu 3.5，余为Ni。
[0045]焊接时焊嘴与工件表面的倾斜角应保持在50°，焊丝与工件表面的夹角为75°，焊丝在焊嘴的前方边熔化边送丝。
[0046](3)焊后清理
[0047]焊接正面完成后先用不锈钢钢丝刷刷去焊缝背面的氧化层，然后再用金相砂纸进行打磨，直至露出金属光泽。
[0048](4)背面焊接
[0049]清理后立即采用填丝钨极氩弧焊焊接钼铜合金和铁基高温合金接头背面，仍然控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为I OkJ/cm，其余操作同正面焊接。
[0050]整个焊接过程中，保持焊接区域一直处于氩气保护中，并且填丝钨极氩弧焊正面焊接前，先对焊件正、背面同时提前通氩气保护6min;背面焊缝收尾熄弧后，应继续通氩气保护4min。
[0051](5)焊后缓冷:焊后立即用石棉布覆盖焊件进行保温，直至温度冷至100°C以下时方可移开。
[0052]获得钼铜合金与GH1131铁基高温合金钨极氩弧焊接头如图1所示，焊接接头处没有裂纹产生。焊缝区的组织形貌如图2所示，图2是焊缝区的组织形貌放大200倍的扫描图，由图2可知，焊缝区的组织是均匀的，焊接接头的抗拉强度为780MPa。
[0053]实施例2:
[0054]Mo60-Cu40钼铜合金与GHl 131铁基高温合金接头的双面填丝钨极氩弧焊，钼铜合金板的尺寸均为10mmX 50mmX 5mm，GH1131铁基高温合金板的尺寸为10mmX 50mmX 5mm。
[0055](I)焊前准备
[0056]用砂轮将钼铜合金和铁基高温合金分别加工出双V型坡口，留有1.0mm钝边;然后用金相砂纸打磨钼铜合金和铁基高温合金的坡口表面及其周围，吹除表面残留的所有粉肩，然后用100 %酒精擦拭、干燥。
[0057](2)正面焊接
[0058]对钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，装配间隙为2.0mm;采用直流填丝钨极氩弧焊方法，控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为13kJ/cm，氩气流量为25L/min ；钨极为铈钨极;填充材料为直径2.0mm的N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，主要成分是(质量分数％):C 0.01,Mn 1.0,Fe 28,Cr 21,Mo 7.5,Cu 3.0，余为Ni。
[0059]焊接时焊嘴与工件表面的倾斜角应保持在70°，焊丝与工件表面的夹角为75°，焊丝在焊嘴的前方边熔化边送丝。
[0060](3)焊后清理
[0061]焊接正面完成后先用不锈钢钢丝刷刷去焊缝背面的氧化层，然后再用金相砂纸进行打磨，直至露出金属光泽；
[0062](4)背面焊接
[0063]清理后立即采用填丝钨极氩弧焊焊接钼铜合金和铁基高温合金接头背面，仍然控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为12kJ/cm，其余操作同正面焊接。
[0064]整个焊接过程中，保持焊接区域一直处于氩气保护中，并且填丝钨极氩弧焊正面焊接前，先对焊件正、背面同时提前通氩气保护Smin;背面焊缝收尾熄弧后，应继续通氩气保护5min。
[0065](5)焊后缓冷:焊后立即用石棉布覆盖焊件进行保温，直至温度冷至100°C以下时方可移开。
[0066]获得钼铜合金与GH1131铁基高温合金钨极氩弧焊接头，抗拉强度为820MPa。
[0067]实施例3:
[0068]Mo60-Cu40钼铜合金与GHl 131铁基高温合金接头的双面填丝钨极氩弧焊，钼铜合金板的尺寸均为100_X 50_X 2mm，GH1131铁基高温合金板的尺寸为100_X 50_X 2mm。
[0069](I)焊前准备
[0070]用金相砂纸打磨钼铜合金和铁基高温合金的待焊表面及其周围，吹除表面残留的所有粉肩，然后用100 %酒精擦拭、干燥。
[0071](2)正面焊接
[0072]对钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，装配间隙为0.5_;采用直流填丝钨极氩弧焊方法，控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为llkj/cm，氩气流量为20L/min ；钨极为铈钨极;填充材料为直径0.8mm的N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，主要成分是(质量分数％):C 0.01,Mn 0.9,Fe 26,Cr 25,Mo 8.5,Cu 3.5，余为Ni。
[0073]焊接时焊嘴与工件表面的倾斜角应保持在30°，焊丝与工件表面的夹角为80°，焊丝在焊嘴的前方边熔化边送丝。
[0074](3)焊后清理
[0075]焊接正面完成后先用不锈钢钢丝刷刷去焊缝背面的氧化层，然后再用金相砂纸进行打磨，直至露出金属光泽；
[0076](4)背面焊接
[0077]清理后立即采用填丝钨极氩弧焊焊接钼铜合金和铁基高温合金接头背面，仍然控制钨极氩弧偏向钼铜合金一侧，焊接热输入为12kJ/cm，其余操作同正面焊接。
[0078]整个焊接过程中，保持焊接区域一直处于氩气保护中，并且填丝钨极氩弧焊正面焊接前，先对焊件正、背面同时提前通氩气保护5min;背面焊缝收尾熄弧后，应继续通氩气保护3min。
[0079](5)焊后缓冷:焊后立即用石棉布覆盖焊件进行保温，直至温度冷至100°C以下时方可移开。
[0080]获得钼铜合金与GH1131铁基高温合金钨极氩弧焊接头，抗拉强度为730MPa。
[0081]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.双面填丝钨极氩弧焊在焊接钼铜合金与铁基高温合金中的应用。2.一种钼铜合金与铁基高温合金的焊接方法，其特征在于:包括如下步骤: 将焊前清理后的钼铜合金和铁基高温合金进行对接定位焊装配，然后采用填丝钨极氩弧焊进行正面焊接，正面焊接完毕后，进行背面焊接，在正面焊接和背面焊接过程中控制钨极氩弧焊偏向钼铜合金一侧。3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:还包括背面焊接完毕后，进行保温缓冷的步骤； 优选的，背面焊接完毕后，立即用石棉布覆盖焊件进行保温，直至温度冷却至100°c以下。4.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:正面焊接完毕后，还包括对焊缝背面的氧化层进行清理的步骤； 优选的，采用不锈钢钢丝刷刷去焊缝背面的氧化层，再用金相砂纸进行打磨，直至露出金属光泽； 优选的，背面清理后，立即进行背面焊接。5.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:焊前清理的方法，包括如下步骤:用金相砂纸打磨钼铜合金和铁基高温合金的待焊坡口表面及周围，吹除表面残留的粉肩，然后用100 %酒精进行擦拭、干燥； 优选的，焊前清理中的坡口加工过程中，厚度大于3mm的工件，将钼铜合金和铁基高温合金接头坡口加工成双V型，留有0.8-1.2_钝边;厚度小于3_的工件，不用加工坡口。6.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:在焊接过程中采用纯氩气对焊接区域正面和背面同时进行保护； 优选的，焊接过程中焊接区域一直处于氩气保护中，并且填丝钨极氩弧焊正面焊接前，先对工件的正面和背面同时提前通氩气保护5?8min;背面焊缝收尾熄弧后，应继续延时通氩气保护3?5min。7.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:钼铜合金和铁基高温合金对接定位焊装配间隙为0.5?2.0mm。8.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:焊接中使用的焊丝为N1-Cr-Fe-Mo-Cu焊丝，直径为0.8?2.0mm，主要成分为，质量分数，％?0.01，Μη彡1.0，Fe 24?28，Cr 21—25,Mo 6.5?8.5，Cu 3.0?3.5，余为Ni。9.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于:焊丝与工件表面的夹角为75?80°，且焊丝要在焊嘴的前方边熔化边送丝； 优选的，正面焊接热输入为11?13kJ/cm，氩气流量为20?25L/min;背面焊接的热输入为9?12kJ/cm。10.权利要求2-9任一所述焊接方法焊接得到的钼铜合金和铁基高温合金的焊接接头。
【文档编号】B23K9/02GK106001864SQ201610607399
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】王娟, 李亚江
【申请人】山东大学