哈氏合金与不锈钢异种材料连接方法与流程

本发明涉及异种材料连接方法，特别涉及一种哈氏合金与不锈钢异种材料连接方法，可用于石油化工、航空航天和核电工业等领域。

背景技术：

哈氏合金首次产生于上世纪30年代，第一种出现的ni-cr-mo型合金为哈氏合金c，该合金是一种高温镍基合金，主要耐氯化物和海水点蚀，但该合金处于700~1050℃时，存在大量碳化物和金属间相，导致耐蚀性能下降，脆性倾向增大。而60年代中期，哈氏合金c-276在哈氏合金c材料基础上问世，该材料减少碳和硅含量，提高了抗晶间腐蚀、点蚀及应力腐蚀开裂等耐蚀能力，同时材料强度也得到提升。由于其具有适应海水或湿氯等环境的能力，被广泛应用于石油化学工业，航空航天和核电工业等诸多重要领域。此外，随着国家工业战略的发展，不锈钢生产种类繁多，使用量也逐渐增加，具有高强度、高耐蚀性、高耐热性、易于加工、低价等特点的304不锈钢成为各行各业首选材料之一，该材料被广泛应用于汽车、船舶和医疗器械等行业。

随着化石能源的使用量增加，石油煤炭资源枯竭问题日益严重，寻找新型绿色能源已成为各个国家发展战略的首要问题。风能，太阳能和地热能的出现较好的弥补人类对资源枯竭的恐慌，但是由于地理条件和技术的限制，上述能源利用率不容乐观。而核能具有自然条件利用率高，技术较成熟，产能高等特点，所以各个国家均高度重视核能产业发展。处于我国核电技术重要的位置的第三代核电站ap1000，其核主泵采用的是屏蔽式电机。哈氏合金c-276优良的耐腐蚀性能、耐高温性能和机械性能决定其能够成为定子屏蔽套的优质材料，而作为定子屏蔽套端部连接的法兰所使用的材料则为304不锈钢。上述两种材料作为核电站重要部件的指定材料，材料的焊接性势必得到了广泛关注。

哈氏合金与不锈钢异种材料连接常用的焊接方法多为tig焊，mig焊和手工电弧焊。上述几种焊接方法施焊后，焊接接头常存在飞溅多，变形大，晶粒组织粗大，热影响区宽，接头强度低等特点。而激光焊接技术具有能量密度高，冷却速度快等特点，较好的避免了上述焊接方法出现的问题。此外，激光焊接技术还具有易于操作，自动化程度高，精密程度高等特点。因此使用脉冲激光焊焊接哈氏合金与不锈钢具有重要的实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种哈氏合金与不锈钢异种材料连接方法，解决了现有焊接方法焊后存在的飞溅多、变形大、晶粒组织粗大、热影响区宽、接头强度低等问题。同时，由于焊接过程使用的哈氏合金与不锈钢均为薄板，因此，使用脉冲激光焊接技术也为异种材料薄板焊接提供理论依据。本发明利用脉冲激光焊接两种不同材料，把哈氏合金与不锈钢分别进行焊前机械、油污和干燥处理，并使用夹具固定后安装于工作台，通过视频监测系统与传动系统调整激光头与待焊板材预设纵缝相对位置，调节合适的脉冲电流、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率、保护气体流量和离焦量等焊接工艺参数对板材进行施焊。可实现0.3~0.5mm哈氏合金薄板与0.5~0.8mm不锈钢薄板异种材料连接，保证焊接接头变形小，表面无飞溅，晶粒组织细小，热影响区窄，接头强度高。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

哈氏合金与不锈钢异种材料连接方法，采用脉冲激光焊接设备进行焊接，包括以下步骤：

a）哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7表面进行机械处理后使用超声波清洗仪进行清洗，使用吹风机冷风吹干，确保待焊区域无金属氧化膜、油污及水分；

b）将吹干后的哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7进行精准组装，通过垫片a6和垫片b8保证组装精度，然后通过夹具9装配固定；

c）将装配固定后的夹具9安装于工作台，通过视频监测系统1和传动系统2确保激光头3与待焊板材预设纵缝5在同一条直线上；

d）调整脉冲电流、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率、保护气体喷嘴4内的保护气体流量和离焦量，对哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7进行施焊。

所述的哈氏合金薄板10的化学成分的质量分数百分比为：c：0.01~0.02；cr：14.5~16.5；fe：4.0~7.0；mn：1.0~1.2；co：2.4~2.5；mo：15.0~17.0；w：3.0~4.5；si：0.07~0.08；ni：余量；所述的不锈钢薄板7的化学生成分的质量分数百分比为：c：≤0.07；mn≤2.00；p≤0.045；s≤0.030；si≤0.75；cr≤17.5~19.5；ni≤8.0~10.5；n≤0.1。

使用超声波清洗仪进行清洗时，溶液为无水乙醇，清洗时间为10~15min，温度为20~25℃。

所述的哈氏合金薄板10的厚度为0.3~0.5mm，不锈钢薄板7的厚度为0.5~0.8mm。

所使用的保护气体为纯度99.99%的惰性气体氩气，保护气体流量为15~20l/min，保护气体喷嘴4与待焊板材表面角度为40~50°。

所述的垫片a6与哈氏合金薄板10相同厚度、相同材质；垫片b8与不锈钢薄板7相同厚度、相同材质。

通过所述的视频监测系统1和传动系统2调节激光头3，使激光设备离焦量为0~+1mm，调节焊接工艺参数脉冲电流60~90a，焊接速度160~240mm/min，脉冲宽度4~8ms，脉冲频率为5~10hz。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用脉冲激光焊接技术，通过光线聚焦熔化板材，属于非电弧熔化焊焊接方式，施焊时受外界因素影响小，焊接过程稳定。

2、本发明采用脉冲激光焊接技术，激光斑点直径小，功率密度大，能量集中，焊后无飞溅和无塌陷等表面缺陷，焊件变形小，接头晶粒组织细小，热影响区窄，接头强度高。

3、本发明采用脉冲激光焊接技术，通过视频监测系统和传动系统，控制激光斑点与待焊板材预设纵缝位置，保证焊接位置准确。

4、本发明采用脉冲激光焊接设备，通过调节焊接工艺参数，可实现0.3~0.5mm哈氏合金薄板与0.5~0.8mm不锈钢薄板连接，操作简单，易实现自动化加工。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的哈氏合金与不锈钢激光焊焊接示意图；

图2为本发明的哈氏合金与不锈钢组装示意图；

图3为本发明的哈氏合金与不锈钢焊缝宏观形貌；

图4为本发明的熔合线区域微观组织形貌。

图中：1、视频监测系统；2、传动系统；3、激光头；4、保护气体喷嘴；5、待焊板材预设纵缝；6、垫片a；7、不锈钢薄板；8、垫片b；9、夹具；10、哈氏合金薄板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图4所示，本发明的哈氏合金与不锈钢异种材料连接方法，采用脉冲激光焊接设备进行焊接，包括以下步骤：

a）哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7表面进行机械处理后使用超声波清洗仪进行清洗，使用吹风机冷风吹干，确保待焊区域无金属氧化膜、油污及水分；

b）将吹干后的哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7进行精准组装，通过垫片a6和垫片b8保证组装精度，然后通过夹具9装配固定；

c）将装配固定后的夹具9安装于工作台，通过视频监测系统1和传动系统2确保激光头3与待焊板材预设纵缝5在同一条直线上；

d）调整脉冲电流、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率、保护气体喷嘴4内的保护气体流量和离焦量，对哈氏合金薄板10与不锈钢薄板7进行施焊。

所述的哈氏合金薄板10的化学成分(质量分数，%)为：c：0.01~0.02；cr：14.5~16.5；fe：4.0~7.0；mn：1.0~1.2；co：2.4~2.5；mo：15.0~17.0；w：3.0~4.5；si：0.07~0.08；ni：余量；所述的不锈钢薄板7的化学生成分(质量分数，%)为：c：≤0.07；mn≤2.00；p≤0.045；s≤0.030；si≤0.75；cr≤17.5~19.5；ni≤8.0~10.5；n≤0.1。

使用超声波清洗仪进行清洗时，溶液为无水乙醇，清洗时间为10~15min，温度为20~25℃。

所述的哈氏合金薄板10的厚度为0.3~0.5mm，不锈钢薄板7的厚度为0.5~0.8mm。

所使用的保护气体为纯度99.99%的惰性气体氩气，保护气体流量为15~20l/min，保护气体喷嘴4与待焊板材表面角度为40~50°。

所述的垫片a6与哈氏合金薄板10相同厚度、相同材质；垫片b8与不锈钢薄板7相同厚度、相同材质。

通过所述的视频监测系统1和传动系统2调节激光头3，使激光设备离焦量为0~+1mm，调节焊接工艺参数脉冲电流60~90a，焊接速度160~240mm/min，脉冲宽度4~8ms，脉冲频率为5~10hz，保证焊接接头变形小，表面无飞溅，晶粒组织细小，热影响区窄，接头强度高。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。