專利名稱：超級鎳疊層材料與Cr18-Ni8不銹鋼的高溫釬焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎳基疊層材料的釬焊工藝，尤其涉及超級鎳疊層材料與不銹鋼異種材 料的高溫釬焊工藝，屬于材料焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超級鎳疊層材料是由超級鎳復(fù)層和Ni-Cr合金基層通過等靜壓真空軋制而成的 一種新型復(fù)合材料，其中疊層材料的超級鎳復(fù)層厚度為0. 3 0. 6mm, Ni-Cr合金基層厚度 約為2. 0mm。這種疊層材料復(fù)合了超級鎳與M-Cr高溫合金兩種材料各自的優(yōu)點，可以獲得 單一材料所不具有的物理和化學(xué)性能，是制造高推重比發(fā)動機和動力部件的理想材料，具 有重量輕、使用壽命長的性能特點。由于超級鎳復(fù)層與Ni-Cr基層的熱物理性能不同，所以這種材料采用熔焊方法焊 接時容易產(chǎn)生焊接裂紋，尤其是與不銹鋼焊接時，二者的化學(xué)成分及熱膨脹系數(shù)相差很大， 使焊接更加困難。中國發(fā)明專利ZL 200810016502. 8，公開號為:CN101284329，公開了一種 填絲鎢極氬弧焊方法，通過嚴(yán)格控制焊接參數(shù)實現(xiàn)了超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼 的熔焊，但對于較薄的超級鎳疊層材料板材，采用填絲鎢極氬弧焊方法易產(chǎn)生焊接變形，并 且接頭質(zhì)量受焊接參數(shù)的影響較大，如參數(shù)或操作不當(dāng)易引起超級鎳復(fù)層的過燒、Ni-Cr基 層的未熔合等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼的高 溫真空釬焊工藝，該工藝不需添加釬劑，通過M-Cr-Si-B系鎳基高溫釬料的自熔合特點 將超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼連接到一起，能夠獲得成形良好、無裂紋、無脆性化 合物的超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼的高溫釬焊接頭，滿足異種超級鎳疊層材料與 Crl8-Ni8不銹鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)1000°C以上高溫的使用要求。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼的高溫釬焊工藝，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Crl8_Ni8不銹鋼待焊表面進(jìn)行清理，除去表面的油 污和氧化膜，并進(jìn)行干燥處理；(2)在超級鎳疊層材料與Crl8-Ni8不銹鋼之間填充Ni-Cr_Si_B系膏狀鎳基高溫 釬料，控制接頭間隙在0. 2 0. 4mm ；(3)將上述裝配好的超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼焊件放入真空加熱爐中 進(jìn)行真空釬焊，控制升溫速度在15 20°C /min,釬焊溫度為1050 1230°C，保溫時間10 25min，真空度不低于1. 33 X l(T4Pa ；(4)控制降溫速度在20 50°C /min，真空室溫度冷卻至100°C以下時將焊件取
出o所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和Crl8-Ni8不銹鋼待焊表面油污的去除方法是小批量生產(chǎn)時，把焊件置于丙酮溶液中超聲清洗2 3min，然后用清水沖洗，烘 干；或大批量生產(chǎn)時，把焊件置于四氯化碳溶液中超聲清洗5 8min，然后用清水沖 洗，烘干。所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和CrlS-NiS不銹鋼待焊表面氧化膜的去除方法 是小批量生產(chǎn)時，用砂紙打磨表面至出現(xiàn)金屬光澤，然后用酒精沖洗、吹干；所用的 砂紙表面太粗糙或太光滑都不利于釬料擴散和鋪展，推薦選用600 1200號的砂紙；或大批量生產(chǎn)時，用化學(xué)浸蝕的方法除去不銹鋼表面的氧化膜，即把零件置于 H2SO4含量為1.16%、此1含量為15%、而03含量為5% (均為體積百分比)的水溶液中，在 1000C條件下浸蝕30s，取出用冷水沖洗后烘干。上述油污的去除方法和氧化膜的去除方法均為常規(guī)技術(shù)，不屬于本發(fā)明的發(fā)明 點，在此不做過多的描述。所述步驟⑵中，Ni-Cr-Si-B系膏狀鎳基高溫釬料的化學(xué)成分為Ni 79 85%, Cr6. 0 8. 0%, Si 4. 0 5. 0%, B 2. 5 3. 5%, Fe 2. 5 3. 5%, P 彡 0. 02%,, Ti彡0. 05%, Co彡0. 10%, C彡0. 06%，以質(zhì)量百分比計。所述Ni-Cr-Si-B系膏狀鎳基高溫釬料的固相線溫度為970°C，液相線溫度為 IOOO0C，釬料的熔化溫度間隔小，具有良好的流動性。所述步驟(3)中，在加熱過程中，可以設(shè)置幾個保溫平臺使真空室內(nèi)部和焊件溫度 均勻，特別是厚度較大的焊件，要適當(dāng)延長保溫平臺和釬焊過程的保溫時間、降低冷卻速度。本發(fā)明提出的采用Ni-Cr-Si-B系鎳基釬料進(jìn)行超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹 鋼的高溫真空釬焊工藝，真空釬焊時由于超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼整體加熱，因 此接頭的變形程度及未熔合都比熔焊時小的多，并且接頭質(zhì)量受焊接操作的影響較小，這 種方法可以嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，接頭成形率可達(dá)100%。特別適于連接件復(fù)雜、精密的耐高 溫零部件。采用的Ni-Cr-Si-B系鎳基釬料，熔點較高，釬料的固相線與液相線溫度間隔較 小，具有良好的流動性和填縫能力，適于工作溫度較高(IOOiTC以上)的零部件的連接和應(yīng) 用。實現(xiàn)超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊，能夠大大推動超級鎳疊層復(fù)合材 料的應(yīng)用。本發(fā)明提出的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊工藝，可形成界面 結(jié)合良好的釬焊接頭，可用于工作溫度較高(ioocrc以上)的耐熱零部件的應(yīng)用。也可應(yīng)用 于超級鎳疊層材料與其他高溫合金、金屬間化合物的釬焊連接。本發(fā)明提出的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊工藝，采用 Ni-Cr-Si-B系鎳基高溫釬料，無需釬劑實現(xiàn)了超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫 釬焊，并且連接可靠、釬縫成形美觀、界面結(jié)合穩(wěn)定，能夠發(fā)揮超級鎳疊層材料的高溫性能 優(yōu)勢，滿足航空航天、能源動力、化工設(shè)備等領(lǐng)域?qū)Ω邷亟Y(jié)構(gòu)材料的要求。


圖1為實施例1中疊層材料與不銹鋼高溫釬焊接頭示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實施例1 厚度為2. 6mm的超級鎳疊層材料與厚度為2. 6mm的Crl8_Ni8不銹鋼平板對接釬 焊。被連接件長度30mm，寬度為10mm。超級鎳疊層材料復(fù)層的厚度為0. 3mm, Ni-Cr基層的 厚度為2. 0mm。具體的高溫真空釬焊工藝步驟如下(1)焊前將被連接件置于四氯化碳溶液中超聲清洗3min，取出用冷水沖洗干凈后 烘干。用600號砂紙打磨除去超級鎳疊層材料和不銹鋼待連接件表面的氧化膜，用酒精沖 洗后吹干。(2)將被連接件放置在鋪有云母箔片的真空室石墨板上，云母箔片的作用是防止 釬料與石墨板粘連在一起。把膏狀Ni-Cr-Si-B系高溫鎳基釬料涂于接頭間隙，間隙兩端加 入厚度為0. 2mm的不銹鋼箔片控制接縫間隙，用刀片除去釬縫周圍多余的釬料，被連接件 用不銹鋼工裝板固定和夾緊。所用的M-Cr-Si-B系鎳基高溫釬料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 為Ni 82%, Cr 7. 0%, Si 4. 5%, B 3. 1%, Fe 3. 0%，C 彡 0. 06%。(3)把固定好的被連接件放入真空爐中進(jìn)行真空釬焊，釬焊溫度為1060°C，保溫 時間為20min，真空度為1. 33X 10_4Pa。加熱過程分為如下幾個階段①室溫加熱至300°C， 加熱速度15°C /min ；②保溫300°C X5min ；③加熱至800°C，加熱速度15°C /min ；④保溫 8000C X5min ；⑤加熱至1000°C，加熱速度10°C /min ；⑥保溫1000°C X IOmin ；⑦加熱至 1060°C，加熱速度 8°C /min。(4)真空室溫度冷卻至80°C時將被連接件取出。獲得的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼釬焊接頭成形良好，釬縫無裂紋、無脆 性化合物產(chǎn)生，滿足被連接件在較高溫度下的使用要求，如圖1所示。實施例2 厚度為3mm的超級鎳疊層材料與厚度為3mm的Crl8_Ni8不銹鋼直角連接。被連 接件長度30mm，寬度為20mm，超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼尺寸相同。超級鎳疊層材 料復(fù)層厚度為0. 3m, Ni-Cr合金基層的厚度為2. 4mm。具體的真空高溫釬焊工藝步驟如下(1)現(xiàn)將疊層復(fù)合材料和不銹鋼接頭處打磨成45°斜角；將被連接件置于四氯化 碳溶液中超聲清洗5min，取出用冷水沖洗干凈后烘干。用600號砂紙打磨除去超級鎳疊層 材料和不銹鋼待釬焊表面的氧化膜，用酒精沖洗后吹干。(2)將被連接件放置在鋪有云母箔片的石墨板上，云母箔片的作用是防止連接 件與石墨板粘連。將疊層復(fù)合材料與CrlS-NiS不銹鋼角接，把Ni-Cr-Si-B系膏狀鎳基 高溫釬料涂于角接縫隙處，接縫間隙0. 2mm，縫隙兩端加入厚度為0. 2mm的不銹鋼箔片控 制間隙；用刀片除去釬縫周圍多余的釬料，被連接件用不銹鋼工裝板固定和夾緊。所有的 Ni-Cr-Si-B系鎳基高溫釬料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為Ni 82%, Cr 7.0%, Si 4.5%,B 3. 1%, Fe 3. 0%, C 彡 0. 06%。(3)把被連接件放入真空爐中進(jìn)行真空釬焊，釬焊溫度為1100°C，保溫時間為15min，真空度為1.33X10_4Pa。加熱過程分為如下幾個階段①室溫加熱至300°C，加 熱速度15°C /min;②保溫300°C X5min ；③加熱至800°C，加熱速度15°C /min ；④保溫 800°C X5min ；⑤加熱至1000°C，加熱速度10°C /min ；⑥保溫1000°C X 15min ；⑦加熱至 1100°C，加熱速度 10°C /min。(4)真空室溫度冷卻至80°C以下時將被連接件取出。獲得的超級鎳疊層材料與Crl8_Ni8不銹鋼角接釬焊接頭成形良好，釬縫無裂紋、 無脆性化合物產(chǎn)生，滿足被連接件在較高溫度下的使用要求。
權(quán)利要求
一種超級鎳疊層材料與Cr18 Ni8不銹鋼的高溫釬焊工藝，其特征在于，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Cr18 Ni8不銹鋼待焊表面進(jìn)行清理，除去表面的油污和氧化膜，并進(jìn)行干燥處理；(2)在超級鎳疊層材料與Cr18 Ni8不銹鋼之間填充Ni Cr Si B系膏狀鎳基高溫釬料，控制接頭間隙在0.2～0.4mm；(3)將上述裝配好的超級鎳疊層材料與Cr18 Ni8不銹鋼焊件放入真空加熱爐中進(jìn)行真空釬焊，控制升溫速度在15～20℃/min，釬焊溫度為1050～1230℃，保溫時間10～25min，真空度不低于1.33×10 4Pa；(4)控制降溫速度在20～50℃/min，真空室溫度冷卻至100℃以下時將焊件取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊工藝，其特征 在于 所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和CrlS-NiS不銹鋼待焊表面油污的去除方法是把 焊件置于丙酮溶液中超聲清洗2 3min，然后用清水沖洗，烘干；或把焊件置于四氯化碳 溶液中超聲清洗5 8min，然后用清水沖洗，烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(1)中，超級鎳疊層材料和CrlS-NiS不銹鋼待焊表面氧化膜的去除方法 是用砂紙打磨表面至出現(xiàn)金屬光澤，然后用酒精沖洗、吹干；或把零件置于H2SO4含量為 1. 16%, HCl含量為15%、HNO3含量為5%的水溶液中，在100°C條件下浸蝕30s，取出用冷 水沖洗后烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級鎳疊層材料與CrlS-NiS不銹鋼的高溫釬焊工藝，其特征 在于所述步驟(2)中，Ni-Cr-Si-B系膏狀鎳基高溫釬料的化學(xué)成分為Ni 79 85%，Cr 6.0 8.0%，Si 4.0 5·0%，Β 2.5 3.5%，F(xiàn)e 2. 5 3. 5%，P 彡 0. 02%，，Ti 彡 0. 05%， Co ^ 0. 10%, C ^ 0. 06%，以質(zhì)量百分比計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級鎳疊層材料與Cr18-Ni8不銹鋼的高溫釬焊工藝，其特征在于，步驟如下(1)焊前對超級鎳疊層材料和Cr18-Ni8不銹鋼待焊表面進(jìn)行清理，除去表面的油污和氧化膜，并進(jìn)行干燥處理；(2)在超級鎳疊層材料與Cr18-Ni8不銹鋼之間填充Ni-Cr-Si-B系膏狀鎳基高溫釬料；(3)將上述裝配好的焊件放入真空加熱爐中進(jìn)行真空釬焊，釬焊溫度為1050～1230℃；(4)控制降溫速度，真空室溫度冷卻至100℃以下時將焊件取出。采用本發(fā)明的真空釬焊工藝，可得到連接可靠、釬縫成形美觀、界面結(jié)合穩(wěn)定的接頭，滿足航空航天、能源動力、化工設(shè)備等領(lǐng)域?qū)Ω邷亟Y(jié)構(gòu)材料的要求。
文檔編號B23K1/20GK101941106SQ20101051850
公開日2011年1月12日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者吳娜, 張永蘭, 李亞江 申請人:山東大學(xué)