專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異種金屬的焊接方法，尤其涉及一種鈦合金與奧氏體不銹鋼的脈沖鎢極氬弧焊方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦合金與不銹鋼的焊接在能源、化工以及原子能工業(yè)中有很好的應(yīng)用潛力，但是二者的焊接難度很大。采用真空電子束焊和真空擴(kuò)散焊可以實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼的焊接，但這兩種方法的焊接設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)焊接工藝控制的要求嚴(yán)格。如果能在熔焊條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦合金和不銹鋼的可靠連接，將具有很好的應(yīng)用前景。鈦合金與不銹鋼的熔焊技術(shù)難度很大，因?yàn)殁伜辖鹋c不銹鋼的熱導(dǎo)率和線脹系數(shù)差異很大，熔焊時(shí)的熱脹冷縮造成很大的焊接應(yīng)力，極易導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。目前主要是采用在鈦合金與不銹鋼之間填加過(guò)渡中間層的方法，實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼的熔焊連接。但這種方 法工藝復(fù)雜，實(shí)施起來(lái)也有很大難度，難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有鈦合金與不銹鋼異種金屬焊接技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是，提出一種簡(jiǎn)便易行、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的針對(duì)鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬之間的焊接方法。采用本發(fā)明的方法可獲得焊縫表面光潔細(xì)密、無(wú)裂紋和氣孔的焊接接頭，能夠滿(mǎn)足鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬焊接生產(chǎn)的技術(shù)性能要求。該項(xiàng)技術(shù)采用不銹鋼焊絲作為填充金屬，通過(guò)嚴(yán)格的焊前和焊后溫度控制，以及在整個(gè)焊接過(guò)程中良好保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦合金與不銹鋼的熔焊連接。該焊接工藝具有成本低、操作簡(jiǎn)單、方便靈活等特點(diǎn)，在能源、化工等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，采用填絲脈沖鎢極氬弧焊，包括如下步驟
(I)焊前將鈦合金與奧氏體不銹鋼的接頭處用砂紙打磨潔凈，露出金屬光澤；填充焊絲表面用砂紙打磨至露出金屬光澤。將鈦合金與奧氏體不銹鋼板水平對(duì)接放置或角接船形放置，厚度3mm以下的板不留裝配間隙，厚度3mm IOmm的板開(kāi)25° 35°單面V形坡口，鈍邊為小于1mm。(2)所述脈沖鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)為基值電流20A 60A、脈沖電流28A 80A、脈沖持續(xù)時(shí)間5s 10s、脈沖頻率35Hz 75Hz，焊接電壓8V 12V，焊接速度I. Omm/s 3. 6mm/s,|J氣流量10L/min 25L/min,焊槍噴嘴離工件的距離IOmm 14mm ;被焊接的鈦合金和不銹鋼工件的厚度為2mm 10mm。上述經(jīng)打磨和裝配后的鈦合金與奧氏體不銹鋼工件在施焊之前，應(yīng)在箱式電爐中預(yù)熱到350°C以上，保溫時(shí)間0. 5h 2h。所述的鈦合金為T(mén)i-6A1_4V合金；所述的奧氏體不銹鋼以質(zhì)量百分比計(jì)，Cr17% 19%,Ni 8% 11%, Si ( l%，Mn ( 2% ;所述惰性氣體是氬氣，其純度大于99. 9%。其中，所述的填充焊絲的化學(xué)成分為c O. 06% O. 08%, Cr 18. 0% 21. 0%, Ni 9. 0% 11. 0%,Mn O. 5% 2. 4%, Si O. 60% O. 80%, Mo O. 50% O. 70%, Cu O. 50% O. 65%,余量為 Fe，以質(zhì)量百分比計(jì)。填充焊絲直徑為I. 5mm 2. Omm,鶴極直徑為I. 5mm 2. 5mm,鶴極端部為錐形。所述焊接中，環(huán)境溫度應(yīng)大于或等于20°C。所述步驟(2 )中，在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，采用高頻脈沖引弧，初次引弧前先打開(kāi)氬氣，保持流通20s 30s以排除空氣，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分；收弧時(shí)，為了使焊接平滑和消除弧坑等缺陷，應(yīng)控制焊接電流逐漸延時(shí)衰減，熄弧后氬氣要繼續(xù)流通5s 10s，以防止鎢極氧化。在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，鈦合金和不銹鋼接頭處的正反面要始終處于氬氣的保護(hù)范圍內(nèi)，防止周?chē)諝馇秩搿?
所述氬氣流量為12 L/min 18L/min ;接頭背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)。在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，注意保持焊槍鎢極和焊件之間的距離，鎢極與焊件之間的夾角優(yōu)選是75° 85°。在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，采用連續(xù)施焊、整條焊縫一次完成的焊接方式，以保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定。焊接完成后立即將整個(gè)被焊接件放置在溫度保持在350°C的箱式電爐中，隨爐緩慢冷卻，以防止焊接裂紋。本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明提出的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)，控制鈦合金與不銹鋼焊接熔池的熔化和凝固條件，可獲得焊縫成形美觀、無(wú)裂紋、無(wú)氣孔等缺陷的焊接接頭。這種方法焊接效率高，成本低，操作方便靈活，能夠滿(mǎn)足鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬焊接接頭的使用要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I :
Ti-6A1-4V鈦合金與Crl8-Ni8奧氏體不銹鋼的填絲脈沖鎢極氬弧焊。Ti_6Al_4V鈦合金板尺寸為180_X 120mm,厚度為3mm ;奧氏體不銹鋼試板尺寸為180_X 120mm,厚度為3mm，兩板對(duì)接焊。具體的鈦合金與奧氏體不銹鋼脈沖氬弧焊的工藝步驟如下
(I)將Ti-6A1-4V鈦合金與Crl8-Ni8奧氏體不銹鋼的對(duì)接接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出金屬光澤；Ti-6Al-4V鈦合金接頭處用細(xì)砂輪打磨單面倒角。(2)采用直徑為2. Omm的不銹鋼焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。所用的不銹鋼焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為C O. 06%, Cr 19.5%，Ni9. 5%, Mn I. 6%, Si O. 60%%, Mo O. 55%, Cu O. 50%，余為 Fe。 (3)將Ti-6A1_4V鈦合金板與奧氏體不銹鋼板水平對(duì)接點(diǎn)固，不留間隙。(4)將點(diǎn)固的鈦合金與奧氏體不銹鋼組裝件放置在350°C的箱式電爐中，保溫40min取出后放置在充IS罩中進(jìn)行焊接,充IS氣流量15L/min。
(5)填絲脈沖氬弧焊的工藝參數(shù)為基值電流40A、脈沖電流55A、脈沖持續(xù)時(shí)間8s、脈沖頻率45Hz，焊接電壓12V，氬氣流量12L/min，焊槍噴嘴離工件的距離12mm。(6)鎢極與焊件之間保持80°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。(7)將剛焊接完成的鈦合金與奧氏體不銹鋼焊接件立即放入350°C的箱式電爐中保溫緩冷，隨爐冷卻至室溫后取出。采用上述焊接工藝獲得的Ti-6A1_4V鈦合金與奧氏體不銹鋼焊接接頭的焊縫成形良好。經(jīng)過(guò)焊縫外觀檢查和金相顯微鏡觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，滿(mǎn)足被連接件的使用要求。實(shí)施例2
Ti-6A1-4V鈦合金與Cr 18-Ni8奧氏體不銹鋼箱形體角接頭的填絲脈沖鎢極氬弧焊。Ti-6A1_4V鈦合金板尺寸為140mmX 140mm,厚度為4mm ;奧氏體不銹鋼試板尺寸為140_X 140mm,厚度為4mm,兩板成90°角接。具體的鈦合金與奧氏體不銹鋼脈沖氬弧焊的工藝步驟如下
(I)將Ti-6A1-4V鈦合金與Crl8-Ni8奧氏體不銹鋼的角接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出金屬光澤。鈦合金和不銹鋼接頭處都用細(xì)砂輪打磨Imm單面倒角。(2)采用直徑為2. Omm的不銹鋼焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。所用的不銹鋼焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為C 0. 06%, Cr 19.5%，Ni9. 5%, Mn I. 6%, Si 0. 60%%, Mo 0. 55%, Cu 0. 50%，余為 Fe。(3 )將鈦合金板與奧氏體不銹鋼板組裝成90 °角的角接頭，不留間隙、點(diǎn)固。(4)將點(diǎn)固的鈦合金與奧氏體不銹鋼角接頭組裝件放置在350°C的箱式電爐中，保溫Ih取出后呈倒船形放置在充氬罩中，角接頭在上方，鈦合金板和不銹鋼板與水平面成45°角，充氬氣保護(hù)，氬氣流量18L/min。(5)進(jìn)行焊接，填絲脈沖鎢極氬弧焊的工藝參數(shù)為基值電流45A、脈沖電流60A、脈沖持續(xù)時(shí)間8s、脈沖頻率45Hz，焊接電壓12V，氬氣流量14L/min，焊槍噴嘴離工件的距離IOmm0(6)焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護(hù)區(qū)。(7)將剛焊接完成的鈦合金與奧氏體不銹鋼角接件立即放入350°C的箱式電爐中保溫緩冷，焊接件隨爐冷卻至室溫后取出。采用上述焊接工藝獲得的Ti-6A1_4V鈦合金與奧氏體不銹鋼角接接頭的焊縫成形良好。經(jīng)過(guò)焊縫外觀檢查和金相顯微鏡觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，滿(mǎn)足被連接件的使用要求。
權(quán)利要求
1.ー種鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，采用填絲脈沖惰性氣體保護(hù)焊，包括如下步驟 (1)焊前將鈦合金與奧氏體不銹鋼的接頭處用砂紙打磨潔凈，露出金屬光澤；填充焊絲表面用砂紙打磨至露出金屬光澤； (2)所述脈沖鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)為基值電流20A 60A、脈沖電流28A 80A、脈沖持續(xù)時(shí)間5s 10s、脈沖頻率35Hz 75Hz，焊接電壓8V 12V，焊接速度I. Omm/s 3. 6mm/s，U氣'流量 10L/min 25L/min。
2.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述 的鈦合金與奧氏體不銹鋼エ件在施焊之前，在箱式電爐中預(yù)熱到350°C以上，保溫時(shí)間為0.5h 2h0
3.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述的鈦合金為T(mén)i-6A1-4V合金；所述的奧氏體不銹鋼以質(zhì)量百分比計(jì)，Cr 17% 19%，Ni8% 11%，Si彡1%，Mn彡2% ;所述惰性氣體是氬氣，其純度大于99. 9% ;其中，所述的填充焊絲的化學(xué)成分為C 0. 06% 0. 08%, Cr 18. 0% 21. 0%, Ni 9. 0% 11. 0%, Mn 0. 5% 2. 4%, Si 0. 60% 0. 80%, Mo 0. 50% 0. 70%, Cu 0. 50% 0. 65%,余量為 Fe，以質(zhì)量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述焊接時(shí)的環(huán)境溫度大于或等于20°C。
5.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述步驟(2)中，在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，采用高頻脈沖引弧，初次引弧前先打開(kāi)氬氣，保持流通20s 30s以排除空氣，井利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分；收弧時(shí)，應(yīng)控制焊接電流逐漸延時(shí)衰減，熄弧后氬氣要繼續(xù)流通5s 10s。
6.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，在所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，鈦合金和不銹鋼接頭處的正反面要始終處于氬氣的保護(hù)范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求I或6所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，接頭背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板，同時(shí)進(jìn)行充氬氣保護(hù)，氬氣保護(hù)的流量為12 L/min 18L/min。
8.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述鈦合金與不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊的焊接中，保持焊槍鎢極和焊件之間的距離，鎢極與焊件之間的夾角是75° 85°。
9.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，其特征是，所述焊接完成立即將整個(gè)被焊接件放置在溫度保持在350°C的箱式電爐中，隨爐緩慢冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，包括如下步驟焊前打磨和裝配；采用填絲脈沖鎢極氬弧焊方法施焊。采用本發(fā)明提出的鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬的焊接方法，通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)、焊前預(yù)熱和焊后保溫緩冷，控制鈦合金與不銹鋼焊接熔池的熔化和凝固條件，可獲得焊縫成形美觀、無(wú)裂紋、無(wú)氣孔等缺陷的焊接接頭。這種方法焊接效率高，成本低，操作方便靈活，能夠滿(mǎn)足鈦合金與奧氏體不銹鋼異種金屬焊接接頭的使用要求。
文檔編號(hào)B23K9/16GK102728937SQ20121023171
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉強(qiáng), 李亞江, 王娟 申請(qǐng)人:山東大學(xué)