[發(fā)明專利]一種異質(zhì)奧氏體不銹鋼板材的焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110345959.5
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102500906A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙明久;戎利建;閆德勝;姜海昌;劉樹偉;胡曉峰;王本賢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異種鋼焊接領(lǐng)域，具體地說是一種單相奧氏體不銹鋼(HR-2)與沉淀強(qiáng)化奧氏體不銹鋼(J75)異質(zhì)板材(厚度2.0～5.0mm)的真空電子束焊接方法。

背景技術(shù)

HR-2是單相奧氏體不銹鋼，鋼中除主元素Fe、Cr、Ni、Mn外，還添加0.2～0.34wt.％的固溶強(qiáng)化元素N。該不銹鋼通常在固溶狀態(tài)下使用，其屈服強(qiáng)度(σ_0.2)≥350～400MPa、抗拉強(qiáng)度≥650～700MPa、延伸率≥45～55％、斷面收縮率≥60～70％。J75是沉淀強(qiáng)化奧氏體不銹鋼，通常在時(shí)效狀態(tài)下使用，鋼中除主元素Fe、Cr、Ni、Mo外，還添加了約2wt.％Ti和約0.3wt.％Al，時(shí)效過程中會(huì)析出的與基體具有共格關(guān)系的強(qiáng)化相γ′-Ni₃(Al，Ti)，從而使不銹鋼獲得高強(qiáng)度和良好塑性匹配，其屈服強(qiáng)度(σ_0.2)≥690～750MPa、抗拉強(qiáng)度≥980～1050MPa、延伸率≥22～25％、斷面收縮率≥35～50％。

在航空、航天、化工及能源領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，不可避免的遇到HR-2與J75不銹鋼的連接問題。應(yīng)提到的是，采用普通的熔化焊(如鎢極氬弧焊)方法，由于其熱輸入大，接頭的熱影響區(qū)會(huì)很大，這會(huì)使J75不銹鋼中析出的強(qiáng)化相γ′-Ni₃(Al，Ti)回溶，在熱影響區(qū)形成明顯的貧γ′區(qū)，顯著降低接頭強(qiáng)度；同時(shí)，也易于在接頭中形成刀狀腐蝕等缺陷。此外，由于HR-2中含N，易于在接頭金屬凝固時(shí)易形成氣孔缺陷，造成接頭性能下降，不能滿足與HR-2接頭等強(qiáng)的要求。電子束焊接屬于高能束流焊接的一種，由于具有熱輸入小、能量集中、焊深焊寬比大、不需填充金屬和坡口，同時(shí)造成材料熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在諸多領(lǐng)域的材料和構(gòu)件連接上獲得了應(yīng)用。選用電子束焊接進(jìn)行HR-2與J75不銹鋼的異質(zhì)材料連接，可防接頭中刀狀腐蝕等缺陷的形成，有利于改善接頭性能。但仍會(huì)在J75合金一側(cè)形成一定的熱影響區(qū)，從而致使強(qiáng)化相γ′-Ni₃(Al，Ti)回溶，在形成一定的貧γ′區(qū)，降低接頭強(qiáng)度。同時(shí)，抑制接頭中氮?dú)饪椎男纬梢廊徊蝗莺鲆暋?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種單相奧氏體不銹鋼(HR-2)與沉淀強(qiáng)化奧氏體不銹鋼(J75)異質(zhì)板材(厚度2.0～5.0mm)的真空電子束焊接方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的接頭形成貧γ′區(qū)、易于造成氮?dú)饪准敖宇^強(qiáng)度低于單相HR-2不銹鋼強(qiáng)度的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種單相奧氏體不銹鋼(HR-2)與沉淀強(qiáng)化奧氏體不銹鋼(J75)異質(zhì)板材的真空電子束焊接方法，其中HR-2不銹鋼板材與J75不銹鋼板材的厚度范圍為2.0～5.0mm。

本發(fā)明的HR-2與J75不銹鋼異質(zhì)板材電子束焊接方法，采用：母材焊前處理→真空焊接室內(nèi)裝夾固定→焊接室抽真空→定位焊接→電子束單循環(huán)焊接(電子束采用偏轉(zhuǎn)掃描)→焊后電子束散焦掃描焊縫的工藝路線。通過焊前處理，一方面可使母材對接緊密，防止焊縫凹陷；另一方面可去除母材表面的污漬，防止接頭中的氣孔和夾雜生成；通過焊縫前、中、后三點(diǎn)定位焊，防止焊接過程中母材錯(cuò)動(dòng)；通過焊后電子束散焦焊縫掃描，使熔池和熱影響區(qū)短時(shí)升溫，以析出適量的γ′強(qiáng)化相，有效提高接頭強(qiáng)度，具體步驟如下：

(1)HR-2不銹鋼板與J75不銹鋼板材對接面采用磨光處理，表面粗糙度為Ra0.8～3.2μm；

(2)將步驟(1)中磨光處理后的母材進(jìn)行去污處理，處理時(shí)首先選用石油醚除油，隨后采用酒精擦洗，該去污處理需在焊前10分鐘～3小時(shí)內(nèi)進(jìn)行；

(3)將步驟(2)處理后的HR-2不銹鋼板與J75不銹鋼在焊接室內(nèi)裝夾固定，對接面采用緊配合并保持二塊母材水平放置；

(4)關(guān)閉真空焊接室并抽真空，焊接時(shí)真空度為1×10^-3Pa～6×10^-2Pa；

(5)待焊接室達(dá)到步驟(4)所要求的真空度時(shí)，先進(jìn)行焊縫的定位焊，定位焊采用點(diǎn)定位，位置分別在焊縫的前、中、后三處，定位焊工藝參數(shù)為：加速電壓40～60KV，焊接電流1～4mA，聚焦電流1.8～2.5A，時(shí)間0.5～2s；

(6)將經(jīng)步驟(5)定位焊后的板材進(jìn)行正式焊接，焊接采用單循環(huán)焊接方式，焊接工藝參數(shù)為：加速電壓40～60KV，焊接電流18～30mA，聚焦電流1.8～2.5A，電子束偏轉(zhuǎn)振幅0.5～0.8mm，頻率270～350Hz，焊接速度0.5～1.5m/min；