[發(fā)明專利]以Fe-Cr-Ni合金為填充材料的鐵鋁基合金與不銹鋼的熔焊工藝

有效

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• 申請日: 2013-04-07
• 公開（公告）號: CN103231160A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設計）人: 李亞江;王娟;張永蘭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K9/23
• 分類號: B23K9/23;B23K9/235;B23K33/00;B23K35/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 劉乃東

技術領域

本發(fā)明屬于焊接技術領域，涉及異種金屬的焊接方法，尤其涉及一種以Fe-Cr-Ni合金為填充材料的鐵鋁基合金與不銹鋼的熔焊工藝。?

背景技術

鐵鋁基合金具有高的高溫比強度、比剛度，以及優(yōu)異的抗高溫氧化、硫化和耐腐蝕性能，而且其比重低，使用成本相對低廉，在石油化工及能源、電力行業(yè)等領域有廣闊的發(fā)展前景，是極具應用潛力的耐磨、耐熱和耐腐蝕的結構材料。焊接作為結構材料制造的重要手段，是鐵鋁基合金推廣應用的關鍵工藝，但是鐵鋁基合金的脆性大、焊接性差，熔焊時容易產(chǎn)生熱裂紋及冷裂紋。盡管鐵鋁基合金的焊接難度很大，但是由于工程結構上的迫切需求，許多研究者作出了很大努力，取得了一些重要的成果。目前針對鐵鋁基合金采用的焊接方法主要有電子束焊、鎢極氬弧焊、真空擴散焊、釬焊等，但離工業(yè)化大規(guī)模應用仍有相當距離。?

現(xiàn)有技術的鐵鋁基合金薄板焊接時，采用高能量密度的焊接方法（如電子束焊）在較低的焊速下可以獲得滿意的焊接接頭。對于中厚板，大多采取較高溫度的焊前預熱及焊后熱處理工藝且嚴格控制工藝參數(shù)才能獲得無裂紋的焊接接頭。而采用真空擴散焊、釬焊等雖然能夠獲得界面結合緊密的接頭，但在高溫、高壓、長時間保溫的條件下，會造成接頭區(qū)組織粗化，導致接頭力學性能降低，且由于設備昂貴（如真空擴散焊）及工件尺寸受到限制等因素而無法滿足大批量工業(yè)化應用的要求。如果通過優(yōu)化焊接填充材料，實現(xiàn)鐵鋁基合金與不銹鋼的不預熱無裂紋焊接，將大大推進鐵鋁基合金作為高溫結構材料的應用。?

現(xiàn)有技術中有的采用中低碳Cr-Mo鋼焊絲作填充材料進行鐵鋁基合金的焊接，焊后經(jīng)350℃～500℃保溫1～2小時并隨爐冷卻至室溫。采用Cr-Mo鋼焊絲或焊條作填充材料雖然能保證焊接接頭的力學性能，但由于Cr含量較低（0.5%～2.0%，質量百分數(shù)），焊縫金屬的耐熱和耐腐蝕性較差，在熱、酸性環(huán)境中容易在焊縫處失效。采用本發(fā)明提出的焊接工藝和填充材料，能夠滿足鐵鋁基合金與不銹鋼作為耐熱結構件在耐磨、耐腐蝕性場合的使用要求。?

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述的不足，提供一種以Fe-Cr-Ni合金為填充材料的鐵鋁基合金與不銹鋼的熔焊工藝；適應范圍廣，能夠實現(xiàn)在室溫條件下獲得無裂紋、結合強度較高的鐵鋁基合金與不銹鋼的焊條電弧焊，采用這種方法獲得的焊接接頭的抗拉強度達到720MPa，能夠滿足鐵鋁基合金與不銹鋼熔焊接頭在耐磨、耐腐蝕場合中的使用要求。?

本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的：?

以Fe-Cr-Ni合金為填充材料的鐵鋁基合金與不銹鋼的熔焊工藝，包括以下步驟：?

1）將待焊鐵鋁基合金板材工件與不銹鋼板材工件表面經(jīng)過機械加工，去除待焊工件表面的氧化膜、油污和銹蝕；?

2）將鐵鋁基合金板材工件與不銹鋼板材工件裝配成對接接頭，在室溫不預熱條件下電弧焊，電弧焊采用填充材料鎳基焊條打底焊，采用超低碳Cr25Ni13Mo2不銹鋼焊條蓋面焊。?

所述步驟2）采用直流逆變電弧焊機施焊，焊條電弧焊工藝參數(shù)為：直流反極性，焊接電壓24V，打底焊的焊接電流80A～100A，焊接熱輸入8kJ/cm～12kJ/cm；蓋面焊的焊接電流90A～120A，焊接熱輸入10kJ/cm～15kJ/cm。?

所述步驟2）鎳基焊條型號為ENiCrMo-0，所述不銹鋼焊條型號為E309MoL-16。?

所述ENiCrMo-0鎳基焊條化學成分的質量百分數(shù)為：C?0.03%～0.05%，Cr?13%～16%，Ni?60%～75%，Mo?2%～6%，Nb?3%～5%，余為Fe。?

所述E309MoL-16不銹鋼焊條化學成分的質量百分數(shù)為：C?0.02%～0.04%，Cr?22%～25%，Ni?12%～14%，Mo?2%～4%，Mn?0.5%～2.5%，Si?0.6%～0.9%，Cu?0.5%～0.7%，余為Fe。?

所述步驟2）焊接過程中保持焊條與焊縫水平板之間的傾角保持在80°～85°，打底層焊條不擺動，保持直線短弧施焊。?

所述步驟2）焊接結束時，填滿弧坑后再熄滅電弧。?

所述步驟2）在焊接厚度6～10mm尺寸的鐵鋁基合金和不銹鋼板工件焊接前，將石棉板置于工件下面，焊后對工件接頭處覆蓋石棉板以緩慢冷卻。?

所述步驟2)焊接前將工件對接接頭處打磨成約60°的V形坡口，鈍邊3mm。?

本發(fā)明的工作原理：?