[發明專利]一種鐵素體/奧氏體異種鋼的攪拌摩擦焊接方法

有效

• 申請號: 201410536228.2
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104400207A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 常永勤;李曉林;張靜;梁亞超;龍毅
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/227;B23K103/02;B23K101/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及金屬材料焊接技術領域，特別是指一種鐵素體/奧氏體異種鋼的攪拌摩擦焊接方法。

背景技術

鐵素體/奧氏體異種鋼的焊接涉及核反應堆、火力發電等多個行業領域，在國民經濟中占有重要地位。但是，對于目前的焊接技術來說，異種鋼的焊接問題仍是一個難點。這是由于異種金屬的化學成分、熱物理性能不匹配和化學性能等方面都存在很大的差異，使用傳統焊接方法(如熔焊)的焊接過程中，可能會發生焊縫區熱裂紋、熱影響區冷裂紋、碳遷移、微觀組織不均勻、易產生粗晶區等問題，造成焊接接頭的力學性能較差，引起失效等問題(I.Hajiannia,M.Shamanian,M.Kasiri.Material?sand?Design,2013,50:566-573)。另外，鐵素體/奧氏體異種鋼在未來清潔能源-核聚變堆中的使用，占有很關鍵的位置，其焊接接頭抗高溫高壓的性能，直接影響了核聚變堆的成敗和能否實現商業化。因此，對異種鋼焊接技術的改進迫在眉睫。

攪拌摩擦焊接是一種新型的固相連接技術，它具有焊接接頭強度高、熱輸入少、應力小、不易產生有害相等優點。目前，攪拌摩擦焊接主要應用于鋁合金等低熔點材料的焊接(R.Nandan,T.DebRoy,H.K.D.H.Bhadeshia.Progress?in?Material?Science,2008,53:980-1023)，但很少用于鋼等高熔點材料的焊接。這是由于鋼的熔點一般在1500℃，硬度也非常大，容易導致攪拌針斷裂而使焊接失敗。對異種鋼的焊接難度更大。因為二者的熔點、熱膨脹系數、熱導率等均不相同，很容易在焊縫處產生應力集中而造成失效斷裂。另外異種鋼的化學成分也不同，很有可能在焊接過程中形成脆性合金，這也是影響焊接接頭性能的一大隱患。另外，由于兩種材料的熱塑性不同，攪拌頭的形狀、放置位置、偏移量等均需要考慮。因此，研究出一套優化的工藝參數對獲得良好的成型焊縫和高性能的焊接接頭具有重要的意義。本發明提供一種適用于鐵素體/馬氏體鋼的攪拌摩擦焊接方法，優化了可以獲得質量良好焊縫的參數條件，有效的解決了采用熔焊方法焊接異種鋼時，容易引起的冷、熱裂紋、夾渣等問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鐵素體/奧氏體異種鋼的攪拌摩擦焊接方法。

該方法選擇平端面錐形攪拌針，采用一定的攪拌頭傾角、偏移量和軸肩壓下量，控制焊接速度和攪拌頭旋轉速度，對鐵素體鋼板和奧氏體鋼板進行焊接，即可獲得質量良好的焊接接頭。

該方法具體為：采用固定裝置將奧氏體鋼和鐵素體鋼整齊對接，采用平端面錐形攪拌針，奧氏體鋼作為前進側，鐵素體鋼作為后退側，攪拌頭位于奧氏體鋼一側，偏移量為攪拌針端部直徑的0～0.4倍，攪拌頭傾角取1.5～3°，沿著焊縫方向進行焊接；從軸肩接觸到待焊母材開始計算下壓量，下壓量范圍為0.1～0.3mm；攪拌頭的行進速度為50～300mm/min，旋轉速度為500～1000rpm；焊接結束后，待鋼板冷卻至室溫再松開固定裝置，以防止焊接后變形。

其中，鐵素體鋼板和奧氏體鋼板的厚度均大于1.5mm且小于4mm，兩塊鋼板的厚度差不能超過0.3mm；攪拌頭由軸肩和攪拌針組成；軸肩直徑大于10mm且小于20mm；攪拌針端部直徑大于2mm且小于5mm；攪拌針根部直徑大于6mm且小于9mm；攪拌針長度為鐵素體鋼板厚度和奧氏體鋼板厚度中較小者的厚度值減去0.1～0.3mm。

鐵素體/奧氏體異種鋼焊接前不需要對待焊鋼板進行預熱處理，焊接過程中，不需要加熱處理。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

(1)焊接接頭性能好，強度要高于母材的強度；

(2)焊接過程中熱輸入少，受熱影響較小，不會產生熔焊中存在的過熱區，也不存在夾雜、冷、熱裂紋等熔焊中常見的缺陷；

(3)可焊接范圍廣，對于不同厚度的材料亦能保證形成質量良好的焊縫；

(4)解決了熔焊中異種鋼焊接時的物理性能不匹配和碳遷移問題，焊縫區形成一定比例的兩種材料的混合組織；

(5)焊后應力較熔焊小，受應力作用而引起接頭早期斷裂的可能性小；

(6)操作簡單、自動化高、污染少、工作環境好。

附圖說明

圖1為本發明的一種鐵素體/奧氏體異種鋼的攪拌摩擦焊接方法焊接過程示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。