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铁基合金和钢的真空扩散焊接技术

发布人:管理员 发布时间:2023-02-03


本文涉及一种三铝铁基合金和钢的焊接技术,属于焊接技术领域。

添加活性中间层的扩散焊接工艺实现了铁铝基合金和钢的焊接。该方法特别适用于在耐热和耐腐蚀的条件下焊接铁铝基合金的异种材料。

铁铝基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和良好的耐磨性,可广泛应用于电力建设、石油化工、核电站等工程结构。将铁铝基合金与碳钢和不锈钢焊接而成的复合结构,可以充分发挥两种材料的性能优势,大大提高结构和设备的使用寿命。但由于铁铝基合金硬度高,塑性差,氢脆敏感性强,铁铝基合金与钢的热物理性能差异大,焊接时接合区形成较大的焊接应力,容易产生焊接裂纹,阻碍了铁三铝基合金的推广应用。

目前,国内外铁铝基合金的焊接主要采用电子束焊接和钨极电弧焊。使用电子束焊接时,焊接过程在真空中进行,抑制了氢气的有害影响,集中的高能量输入使焊接熔合区的组织更细,可以避免焊接裂纹的发生,但这种方法不适用于大厚度工件。当使用氩钨极电弧焊时,合金成分和焊接工艺参数对铁三铝合金焊缝的结构和性能有较大影响。只有含有Cr4.45%和Nb1.0%的铁三铝基合金,在焊接速度(v = 4.2~8.5mm/s)和焊接线能量的严格控制下,采取严格的焊前预热和焊后慢速冷等工艺措施,可以避免焊接裂纹,因此适应范围有限。

提供一种适应性范围广,能得到界面结合性好的焊接接头,并能达到260MPa的扩散焊接接头的剪切强度,可满足铁铝基合金和碳钢及不锈钢的扩散焊接,在耐磨耐腐蚀的场合使用头部需要加一个铁三铝基合金和钢的活性中间层。

本文的工艺步骤如下:

焊接前,对铁铝基合金和钢的待焊表面进行机械和化学处理;在铁铝基合金和钢之间添加活性中间层,活性中间层为金属箔;在房间里;扩散焊工艺参数为:真空度4.5×10-5~1×10-3Pa,焊接压力10~16MPa,焊接温度980~1100°C,保温时间25~60min。

金属箔的厚度为10-160μm。

金属箔是纯度大于99%的钛箔或铌箔。

焊接前,将活性中间层夹在铁三铝基合金与钢工件之间,置于真空扩散焊接的真空室中,并用上下卡盘压制。

本文提出采用以金属箔为活性中间层的扩散焊接工艺,用于焊接铁三铝基合金和钢。在焊接过程中,活性中间层会激活铁铝基合金和钢的扩散焊接接触面,引起Al扩散反应,促进Al原子的扩散,保证铁铝基合金与碳钢、不锈钢的良好结合。此外,在扩散焊接条件下,活性中间层产生Ti和Nb等活性原子,并迅速扩散到铁铝基合金和钢中,以促进铁铝基合金与钢界面之间的扩散结合。

本文中,使用含有Ti和Nb元素的金属箔作为活性中间层,其活化温度范围低于铁铝基合金,碳钢和不锈钢的软化温度。在扩散焊接过程中,活化中间层金属箔首先发生活化反应,分解Ti和Nb等活性原子,并迅速扩散到铁铝基合金和钢的扩散焊接触面。这种活化过程,一方面活化了铁铝合金和钢扩散焊接触面上的Al和Fe原子,另一方面,活性原子Ti和Nb与铁铝合金和钢界面处的Al、Fe原子发生反应。生成新的相结构。铁铝基合金与碳钢和不锈钢之间活性原子Ti和Nb形成的扩散反应层有助于促进铁铝基合金与钢之间形成良好的扩散结合,提高扩散焊接接头的强度性能。

焊接前,将活性中间层钛箔或铌箔夹在铁三铝合金和钢工件之间,置于真空扩散焊接的真空室中,并用上下卡盘压制。它可以减小铁铝基合金、活性中间层与钢之间的微间隙,增加铁铝基合金与钢的接触面积,促进Al,Ti,Nb与铁铝基合金与钢之间的界面。Fe原子扩散有利于扩散反应的不断进行,提高扩散焊接界面的结合强度。

利用本文给出的活性中间层和工艺参数得到的扩散焊接接头具有HM450的显微硬度和260MPa的剪切强度,明显高于通过铁铝基合金和钢直接扩散焊接得到的接头强度(96MPa)。可满足铁-三合金基合金、碳钢、不锈钢扩散焊接接头的耐磨、耐腐蚀场合的应用要求。

本文提出的加入活性中间层的扩散焊接工艺是铁三铝合金异种材料焊接的重要突破。焊接工艺可以保证铁-铝基合金与钢界面的充分扩散结合,活性中间层中Ti和Nb的活性原子被活化、分解并连续扩散到铁-铝基合金和钢的接触面,有效解决了铁三铝合金与碳钢和不锈钢之间难以扩散组合的技术难题,提高了铁的强度性能。 三铝基合金和钢的扩散接头。本发明具有操作方便、推广应用方便等优点。特别适用于铁三铝基合金、碳钢、不锈钢的焊接。

(4)具体示例

实施例1:工艺步骤如下:将纯度为>99%的钛压制成20μm厚的钛箔;将直径为φ50×2毫米的碳钢表面酸洗8分钟,然后用砂纸抛光,直到出现金属光泽。用丙酮溶液浸泡10分钟,然后用酒精擦洗直径为φ50×3mm的铁三铝合金和浸泡在丙酮中的碳钢表面;将制备好的厚度为20μm钛箔的活性中间层夹在铁上待焊的铝基合金与碳钢的接触面上;然后将带有活性中间层的铁-三铝基合金和碳钢组件放入真空扩散焊接的真空室中,并用上下卡盘压制。整个组合焊件和压头的接触面必须平行。扩散焊的工艺参数为:真空度4.5×10-4Pa,焊接温度1050°C,保温时间40min,焊接压力14.5MPa,焊后缓慢冷却。扩散焊头剪切强度达到210MPa。

实施例2:工艺步骤为:纯度为>99%的铌通过压制制备成厚度为10μm的铌箔;将1Cr18Ni9Ti不锈钢表面用100毫米×40毫米×5毫米的测试板表面酸洗5分钟,然后打磨至出现金属光泽后,放入丙酮溶液中浸泡10分钟,然后将尺寸为100mm×40mm×5mm的铁三铝合金和用酒精浸泡丙酮的不锈钢表面擦洗;制备的活性中间层厚度为10μm将铌箔夹放置在黑色铝合金和不锈钢的待焊接接触面上;然后将带有活性中间层的黑色铝合金和不锈钢组件置于真空扩散焊接的真空室中并上下使用卡盘的压缩要求整个组合焊件和压头的接触面平行。扩散焊的工艺参数为:真空度4.5×10-4Pa,焊接温度1030°C,保温时间35min,焊接压力13.5MPa,焊后缓慢冷却。扩散焊头剪切强度达到260MPa。

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