专利名称：一种因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，属于合金焊接 技术领域。
背景技术：
因瓦合金具有低膨胀系数的特点，在航空航天精密关键零部件、军事武器 以及石油运输容器等仪器、设备的生产中应用广泛。但由于因瓦合金强度较低、 耐磨性和高温性能差，在特珠的应用场合，常常无法发挥其因瓦性的优势。国
内外在因瓦合金强化领域开展了许多研究，包括因瓦合金体系强化、利用B提 高因瓦合金的高温红硬性以及因瓦合金表面改性等，但因瓦合金强度仍然无法 满足特殊场合强度要求及高温红硬性要求。
硬质合金具有较高的强度、较好的耐磨性、较低的热膨胀系数以及良好的 高温红硬性，在要求材料具有耐磨、耐高温、 一定温度范围内变形随温度变化 保持恒定或变化不大的高端硬质合金工具或精密仪器的研发中具有十分重要 的地位。本发明人研究发现利用焊接技术，通过将因瓦合金和硬质合金连接， 可使两者扬长避短，满足特殊场合要求。本发明人已在中国专利 200810035711.7中公开了 一种硬质合金连接件，其是由高粘结相硬质合金与因 瓦合金通过钨极氩弧自动焊接工艺焊接而成，所焊接的硬质合金连接件既具有 硬质合金的高强度、高耐磨性以及良好的红硬性，又具有因瓦合金在一定温度 范围内具有因瓦效应的恒定热膨胀性能，为解决因瓦合金无法满足特殊场合强 度要求和髙温红硬性要求的难题提供了一条新途径，但上述发明所采用的钨极 氩弧焊接方法只适合中薄板因瓦合金与硬质合金的焊接，且需要多次翻转焊接 才能成型，无法实现厚板因瓦合金与硬质合金的焊接。
目前，实现厚板合金的焊接是釆用激光焊接等高能東焊接方法，但激光焊
存在以下具体问题(1)激光在母材表面形成反射，能量损失较大，需要进行黑化处理；(2)激光搭桥性能差，在不开坡口、不加填充材料的条件下，对被
焊材料的对接面加工精度和间隙要求严格；(3)形成的焊缝界面硬质合金一侧 有脆硬n相形成，降低接头性能；(4)需要引入焊后渗氮等焊后处理工序。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种因瓦合金与硬质合金焊 接件的焊接工艺，以实现厚板因瓦合金与硬质合金的焊接。 为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下
本发明提供的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征在于采用 激光-氩弧复合焊接方法，其具体步骤如下
a) 将待焊接的因瓦合金与硬质合金工件固定在工作台上；
b) 将激光焊枪与氩弧焊枪固定在同一构架上，且氩弧焊枪设置在激光焊 枪的前进方向上；另外，激光焊枪垂直于被焊工件，氩弧焊枪与激光焊枪的轴 线成30° ~60°角度；
c) 焊接前通过激光热源对被焊工件进行预热，使被焊工件预热到150 ~ 200°C;
d) 焊接时，使用六轴机器人带动复合焊枪沿工件对接面向前移动实现焊 接；其中，氩弧焊接的工艺参数如下氩弧功率990W 3140W,焊接电流90~ 157A,焊接电压11~20V，钨棒枪尖直径0.5~2mm,钨棒枪尖伸出长度3~ 8mm,氩气流量15L/min,氩气压力为室温下0.35MPa,焯接过程采用直流正 接法；激光焊接的工艺参数如下激光功率0.9~10kW,氩气流量20L/min, 负离焦2mm,焊接速度l~7mm/sec。
上述激光-氩弧复合焊接工艺，焊接时可不开坡口，不添加填充材料，焊 后不需要渗氮处理。
所述激光-氩弧复合焊接工艺，以激光光斑及氩弧枪尖对准偏离焊缝中心 线的因瓦合金一侧最好。
所述因瓦合金优选MFeC基稀土因瓦合金，其组成及组成质量百分比优选 如下30%~42%Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3 ~ 5% Y, 1 ~ 2%Ti 及余量Fe;其中当C为0.2% ~ 0.4%、 Y为3.5%时，焊缝界面形成弥散细小的n相且分布范围较宽；当C为0.6%~1.0%、 Y为3.5y。时，焊缝界面无 ri相形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下
因本发明工艺通过氩弧焊与激光焊的复合作用，实现了厚板因瓦合金与硬 质合金的焊接，单面厚度为6-12mm的因瓦合金焊层只需一次焊接就能成型; 焊接时可不开坡口，不添加填充材料，焊后不需要渗氮处理，且焊后试样界面 无气孔、裂紋，界面脆硬il相可控；因此，本发明工艺不仅克服了现有技术的 缺陷，为解决因瓦合金无法满足特珠场合强度要求和高温红硬性要求的难题提 供了一条捷径，也为厚板合金的焊接提供了一条操作简便、成本低廉、性能优 良及适于工业化实施的焊接工艺。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明 实施例1
选择因瓦合金(其组成及组成质量百分比为42。/。Ni及58。/。Fe)为被焊 材料l,选择硬质合金为被焊材料2,将待焊接的因瓦合金与硬质合金工件固 定在工作台上；选用型号为NASTERTIG AC/DC 2500的鎢极氩弧焊机和TLF 15000型C02激光器，将激光焊枪与氩弧焊枪固定在同一构架上，且氩弧焊枪 设置在激光焊枪的前进方向上，激光焊枪垂直于被焊工件，氩弧焊枪与激光焊 枪的轴线成30°;焊接前通过激光热源对被焊工件进行预热，使被焊工件预热 到15(TC;焊接时，使用六轴机器人带动复合焊枪沿工件对接面向前移动实现 焊接；其中，氩弧焊的工艺参数如下氩弧功率1960W、焊接电流140A、焊 接电压14V、钨棒枪尖直径lmm、锡棒枪尖伸出长度3mm、氩气流量 15L/min、氩气压力为室温下0.35MPa,焊接过程釆用直流正接法；激光焊的 工艺参数如下激光功率6kW、氩气流量20L/min、负离焦2mm、焊接速度
经检测本实施例所制备的焊接件的焊接接头无气孔、裂紋，界面近硬质 合金一侧形成小区域块状Ti相，因瓦合金焊层的单面厚度为6mm。 实施例2选择因瓦合金(其组成及组成质量百分比为42%Ni、 0.3%C、 3.4%Mn、 0.5%Si、 3.5%Y， 1.5。/。Ti及余量Fe)为被焊材料1，选择硬质合金为被焊材料 2,将待焊接的因瓦合金与硬质合金工件固定在工作台上；选用型号为 NASTERTIG AC/DC 2500的锡极氩弧焊机和TLF 15000型C02激光器，将激 光焊枪与氩弧焊枪固定在同一构架上，且氩弧焊枪设置在激光焊枪的前进方向 上，激光焊枪垂直于被焊工件，氩弧焊枪与激光焊枪的轴线成60。；焊接前通 过激光热源对被焊工件进行预热，使被焊工件预热到20(TC;焊接时，使用六 轴机器人带动复合焊枪沿工件对接面向前移动实现焊接；其中，氩弧焊的工艺 参数如下氩弧功率2175W、焊接电流145A、焊接电压15V、钨棒枪尖直径 lmm、钩棒枪尖伸出长度3mm、氩气流量15L/min、氩气压力为室温下 0.35MPa,焊接过程釆用直流正接法；激光焊的工艺参数如下激光功率5kW, 氩气流量20L/min,负离焦2mm,焊接速度4mm/sec。
经检测本实施例所制备的焊接件的焊接接头无气孔、裂紋，界面近硬质 合金一侧较大区域弥散分布有细小71相，因瓦合金焊层的单面厚度为8mm。
实施例3
选择因瓦合金(其组成及组成质量百分比为42°/。Ni、 0.8%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3.5%Y, 1.5。/。Ti及余量Fe)为被焊材料1,选择硬质合金为被焊材料 2，将待焊接的因瓦合金与硬质合金工件固定在工作台上；选用型号为 NASTERTIG AC/DC 2500的钨极氩弧焊机和TLF 15000型002激光器，将激 光焊枪与氩弧焊枪固定在同一构架上，且氩弧焊枪设置在激光焊枪的前进方向 上，激光焊枪垂直于被焊工件，氩弧焊枪与激光焊枪的轴线成45。角度；焊接 前通过激光热源对被焊工件进行预热，使被焊工件预热到180°C;焊接时，使 用六轴机器人带动复合焊枪沿工件对接面向前移动实现焊接；其中，氩弧焊的 工艺参数如下氩弧功率2496W、焊接电流156A、焊接电压16V、钨棒枪尖 直径1mm、锡棒枪尖伸出长度3mm、氩气流量15L/min、氩气压力为室温下 0.35MPa,焊接过程釆用直流正接法；激光焊的工艺参数如下激光功率4.5kW, 氩气流量20L/min,负离焦2mm，焊接速度4mm/sec。
经检测本实施例所制备的焊接件的焊接接头无气孔、裂紋，界面没有形 成T)相，因瓦合金焊层的单面厚度为10mm。
权利要求
1. 一种因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征在于采用激光-氩弧复合焊接方法，其具体步骤如下a)将待焊接的因瓦合金与硬质合金工件固定在工作台上；b)将激光焊枪与氩弧焊枪固定在同一构架上，且氩弧焊枪设置在激光焊枪的前进方向上；另外，激光焊枪垂直于被焊工件，氩弧焊枪与激光焊枪的轴线成30°～60°角度；c)焊接前通过激光热源对被焊工件进行预热，使被焊工件预热到150℃～200℃；d)焊接时，使用六轴机器人带动复合焊枪沿工件对接面向前移动实现焊接；其中，氩弧焊接的工艺参数如下氩弧功率990W～3140W，焊接电流90～157A，焊接电压11～20V，钨棒枪尖直径0.5～2mm，钨棒枪尖伸出长度3～8mm，氩气流量15L/min，氩气压力为室温下0.35MPa，焊接过程采用直流正接法；激光焊接的工艺参数如下激光功率0.9～10kW，氩气流量20L/min，负离焦2mm，焊接速度1～7mm/sec。
2. 根据权利要求1所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征 在于焊接时不开坡口，不添加填充材料，焊后不需要渗氮处理。
3. 根据权利要求l或2所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其 特征在于激光光斑及氩弧枪尖对准偏离焊缝中心线的因瓦合金一侧。
4. 根据权利要求1所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征 在于所述因瓦合金为NiFeC基稀土因瓦合金。
5. 根据权利要求4所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的组成及组成质量百分比如下30% ~ 42% Ni、 0.2%~1%C、 3.4% Mn、 0.5%Si、 3~5%Y， 1 ~ 2%Ti及余量Fe。
6. 根据权利要求5所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的组成中的C为0.2%~0.4%、 Y为3.5%。
7. 根据权利要求5所述的因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，其特征 在于所述NiFeC基稀土因瓦合金的组成中的C为0.6%~1.0%、 Y为3.5%。
全文摘要
本发明公开了一种因瓦合金与硬质合金焊接件的焊接工艺，所述工艺是采用激光-氩弧复合焊接方法，实现了厚板因瓦合金与硬质合金的焊接，单面厚度为6～12mm的因瓦合金焊层只需一次焊接就能成型；焊接时可不开坡口，不添加填充材料，焊后不需要渗氮处理，且焊后试样界面无气孔、裂纹，界面脆硬η相可控。因此，本发明工艺不仅克服了现有技术的缺陷，为解决因瓦合金无法满足特殊场合强度要求和高温红硬性要求的难题提供了一条捷径，也为厚板合金的焊接提供了一条操作简便、成本低廉、性能优良及适于工业化实施的焊接工艺。
文档编号B23K28/00GK101417371SQ20081020409
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者何建萍, 刘瑞军, 徐培全 申请人:上海工程技术大学