[發明專利]一種用于氧化物彌散強化鋼固相焊接的方法

在審

• 申請號: 201710810512.8
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107755911A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 吳宜燦;黃群英;毛小東;劉少軍;吳慶生
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K37/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 楊志兵,仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種用于氧化物彌散強化鋼固相焊接的方法，屬于金屬材料焊接加工技術領域。

背景技術

核能是一種“清潔、持久”能源，是我國十三五期間重點發展的綠色能源之一。第四代裂變堆及聚變堆是先進核能系統的發展方向，也是目前的研究重點。相比于三代壓水堆低于350℃的運行溫度，四代堆及聚變堆核心部件運行溫度高達500℃以上，對結構材料提出了嚴峻挑戰。氧化物彌散強化鋼具有高強度、抗輻照、長壽命的特點，被認為是新型核能系統核燃料包殼或包層的主要候選結構材料之一。

焊接問題是制約氧化物彌散強化鋼廣泛應用的關鍵問題之一。采用傳統的熔焊方式，則納米氧化物由于密度較鋼基體輕而在焊接過程中上浮聚集長大，嚴重破壞焊接件的性能?，F有固相焊接技術中，攪拌摩擦焊是一種實現不同熔點異種金屬固相焊接的良好工藝，如專利CN104923911A(中國)、JP2012060885(日本)和US88705610(美國)所述。然而，攪拌摩擦焊適合于形狀簡單規則的樣品(如板材)，對于核反應堆內部的復雜構件缺乏良好的工藝適應性。固相擴散焊接是一種具有良好核反應堆結構件焊接應用前景的技術，可以實現反應堆復雜構件的良好焊接，如專利104781033A(中國)、104439678A(中國)所述的技術方案。然而，目前的固相擴散焊接技術采用真空的方式進行表面除氣，焊接接頭性能較差且對待焊接面加工精度要求高。

發明內容

針對氧化物彌散強化鋼與其他金屬材料難以焊接的問題，本發明的目的在于提供一種用于氧化物彌散強化鋼固相焊接的方法，先對待焊接面的表面進行還原處理，再進行焊接，從而降低待焊接面表面硬度、減少焊接面缺陷、提高焊接面強度和焊接件整體一致性、降低成本。

本發明的目是通過以下技術方案實現的：

一種用于氧化物彌散強化鋼固相焊接的方法，所述方法的具體步驟包括：

步驟1.對氧化物彌散強化鋼與其他金屬材料部件之間的焊接面分別進行粗糙化處理，表面粗糙度(Ra)低于3μm；

步驟2.先將粗糙化處理后的氧化物彌散強化鋼以及其他金屬材料部件進行超聲波清洗，再置于通入流動氣體的密閉容器中，在200℃～1200℃下進行表面還原處理5min～10h；

所述流動氣體為還原性氣體，或還原性氣體與惰性氣體的混合氣體；還原性氣體優選H₂、CO或CH₄，惰性氣體優選氦氣或氬氣；若為混合氣體，混合氣體中還原性氣體的體積分數不低于5％。

步驟3.將還原處理后的氧化物彌散強化鋼以及其他金屬材料部件置于電子束焊機真空室中除去焊接面之間的殘留氣體，真空度大于1Pa時，對待焊接面進行外圍電子束焊接固定及密封；

步驟4.將通過電子束焊接固定及密封后的氧化物彌散強化鋼以及其他金屬材料部件進行熱等靜壓擴散焊接，得到氧化物彌散強化鋼與其他金屬材料部件的復合構件。

所述熱等靜壓擴散焊接的參數為：壓力為50MPa～200MPa，溫度為850℃～1200℃，時間為1h～50h。

根據需要，對所得到的氧化物彌散強化鋼與其他金屬材料部件的復合構件進行熱處理、彎曲變形或表面機加工。

有益效果：

本發明中的表面還原處理技術可以去除表面吸附的有害氣體，顯著降低氧化物彌散強化鋼待焊接面的硬度，降低焊接面的開裂傾向，同時保證待焊接面表面不發生氧化?？赏ㄟ^控制還原性氣體的流速和溫度，實現氧化物彌散強化鋼表面硬度的有效控制，用于提高固相擴散焊接接頭的強度和韌性，同時降低待焊接面加工精度要求，降低焊接成本。通過本發明所述方法進行氧化物彌散強化鋼的異種金屬焊接，可以有效保護氧化物彌散強化鋼中的納米第二相粒子，使焊接接頭具有與基體合金相當的優良性能。本發明適用于核反應堆復雜構件的焊接，適用于規則及非規則焊接面焊接，可以廣泛應用于各種結構零部件的焊接，包括聚變堆中含內部流道的第一壁包層結構，提高反應堆系統的安全性。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明做進一步說明。其中，所述方法如無特別說明均為常規方法，所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。

實施例1

用于外立面聚變堆包層的構件，由中國低活化馬氏體鋼(CLAM)底座與氧化物彌散強化低活化鋼(CLAM-ODS)薄板焊接而成；