[發明專利]一種應用于含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接方法

有效

• 申請號: 201710814927.2
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107824995B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 張廣明;周張健
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K35/30
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到第四代核反應堆關鍵結構材料的焊接技術，特別涉及了一種含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接方法。

背景技術

氧化物彌散強化鋼因其內部氧化物納米粒子彌散分布的特點，使其具有優異的高溫力學性能和抗輻照性能，成為先進核能系統中結構材料的非常有前景的候選材料。

氧化物彌散強化鋼通常采用機械合金化以及熱等靜壓或熱擠出等成型工藝制造，材料處于非冶金平衡狀態，傳統熔化焊接會使合金基體中的氧化物彌散粒子從液體金屬中分離并聚集成渣，從根本上破壞氧化物彌散強化鋼本身的結構和性能。因此，氧化物彌散強化鋼的焊接成為制約其工程應用的關鍵問題和難點問題。

目前針對氧化物彌散強化鋼焊接方法的研究包括了摩擦攪拌焊、固相擴散焊、釬焊以及電磁脈沖焊、真空電子束焊、激光焊等多種高能焊接。由于各種焊接方式的實際應用特點及其焊接接頭組織(晶粒和彌散粒子)異于母材組織影響焊接質量的原因，針對氧化物彌散強化鋼的焊接還沒有一種比較理想的焊接方式。

基于以上事實，本發明針對添加鋁元素的一類氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼提供了一種可以獲得優異焊接性能的焊接方法。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種針對含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接方法。

本發明的第二目的在于提供一種針對含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接方法在第四代核反應堆關鍵結構材料上的應用。

為了實現本發明的發明目的，采用的技術方案為：

所述的一種含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接方法為采用過渡液相擴散焊對含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼進行焊接；

所述的過渡液相擴散焊采用的中間層為含鎳的鐵基合金箔片；

所述的過渡液相擴散焊的中間層的厚度為10-30μm；

所述的含鎳鐵基合金箔片的成分為(8-18)wt.%Ni，(8-18)wt.%Cr , 3wt.%B，2wt.%Si，(0.05-0.08)wt.%C，純度均為99.9%，其余為Fe；

具體的焊接方法為：

（1）表面處理

將含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的待焊接面和中間層箔片分別進行打磨，然后分別放入丙酮溶液中超聲清洗5min～10min，冷風吹干，得到預處理后的含鋁氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼和預處理后的中間層箔片；

按照從上到下依次為預處理后的含鋁氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼、預處理后的中間層箔片和預處理后的含鋁氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的順序裝配；

（2）焊接設備采用真空熱壓爐，升溫速度為6-8℃/min，焊接溫度為1150-1200℃，保溫時間為1-2h，壓力為5-10MPa，真空度為（2.0-6.0）×10-3Pa；

（3）所述的經過焊接后的含鋁的彌散強化鐵素體／馬氏體鋼與中間層箔材的界面處生成了高密度、納米尺寸的NiAl相，焊接后的含鋁的彌散強化鐵素體／馬氏體鋼在室溫至700℃的溫度范圍內的拉伸測試中，樣品均在含鋁的彌散強化鋼部分斷裂。

本發明的有益效果如下：

（1）本發明采用特定成分的Fe-Ni-B-Si中間層箔片和經過優化的焊接參數控制，獲得了優異的焊接性能，這主要歸因于在優化的焊接參數條件下，含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼中的鋁與中間層中的鎳發生相互擴散，從而引起界面兩側的含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼內部以及中間層內部的鎳和鋁相互反應生成高密度、納米尺寸的金屬間化合物NiAl相，從而保證了優異的力學性能。

（2）中間層箔材中鎳含量既保證了充分的鎳與鋁生成小尺寸、高密度的NiAl相；又能保證焊接后，中間層箔材基體中的鎳含量降低，組織由鐵素體/奧氏體的雙相組織變為鐵素體組織。

附圖說明：

圖1為實施例1 中的含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼中的彌散粒子分布

圖2為實施例1 中小尺寸、高密度的NiAl相在含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接接頭的分布情況

圖3為實施例2所得的含鋁的氧化物彌散強化鐵素體／馬氏體鋼的焊接接頭

具體實施方式：

實施例1

材料選擇：