[發明專利]一種消除激光焊接GH3030合金焊縫中心低熔點元素偏析和雜質相的方法

在審

• 申請號: 202111335779.9
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114043085A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王利棟;安澤;樊宇;王文英;孟飛;陳宇政;張軍;張李祥;李永超;張子凡;梁歡;徐哲;陳正;徐杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B23K26/211
• 分類號: B23K26/211;B23K26/32;C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 陶得天

本發明公開了一種消除激光焊接GH3030合金焊縫中心低熔點元素偏析和雜質相的方法，涉及焊接領域。用共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1作為橋梁激光焊接連接GH3030合金，實現了消除低熔點元素偏析和雜質相，進而避免焊縫斷裂的目的。步驟一、配制共晶高熵合金原料；步驟二、熔煉共晶高熵合金鑄錠；步驟三、形狀加工；步驟四、拼裝；步驟五、激光焊接。以共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1和GH3030合金為對象，對其進行單道激光焊接，獲得了表面成形良好，均勻致密的焊接組織可有效消除低熔點元素偏析和雜質相，避免了鎳基高溫合金在焊接過程中容易出現焊縫組織偏析、脆性相析出以及焊接熱裂紋等缺陷的問題。

技術領域

本發明涉及焊接領域，尤其涉及AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金消除激光焊接GH3030合金焊縫中心低熔點元素偏析和雜質相的方法。

背景技術

GH3030合金(80Ni-20Cr)是一種固溶強化型高溫合金，在800℃以下具有滿意的熱強性和高塑性，具有良好的抗氧化、抗疲勞、冷沖壓和焊接工藝性，因而被廣泛應用于制造發動機燃燒室部件，高溫容器、熱電偶保護套等。由于鎳基高溫合金中存在多種固溶強化元素，如:W、Mo、Cr、Co、Al、Ti等，同時合金中還有微量元素C、B、Mg、P、S、稀土等，這些元素使得鎳基高溫合金在焊接過程中容易出現焊縫組織偏析、脆性相析出以及焊接熱裂紋等缺陷。

上述缺陷主要歸因于焊接熱循環作用下形成的低熔點金屬相，晶粒之間的結合力會受到極大的損害，從而導致氣孔形成；在凝固過程中，由于基體中存在雜質相，導致成分偏析，在焊縫凝固結束時，雜質不能從焊縫中完全去除，它們分布在枝晶間，會削弱晶粒之間的作用力，在外力作用下，優先形成裂紋源，一旦裂紋源開動，就會沿晶界開裂，最終導致焊縫的斷裂。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種消除激光焊接GH3030合金焊縫中心低熔點元素偏析和雜質相的方法，用共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1作為橋梁激光焊接連接GH3030合金，實現了消除低熔點元素偏析和雜質相，進而避免焊縫斷裂的目的。

本發明的技術方案為：包括以下步驟：

步驟一、配制共晶高熵合金原料；

將原料放入熔煉爐，采用抽氣系統將真空度抽至5×10^-3Pa以內，隨后關閉抽氣系統并充入氬氣直到壓力為0.01atm后關閉充氣系統，重復抽充氣操作三次以上，以確保爐內的高真空度；

步驟二、熔煉共晶高熵合金鑄錠；

將熔煉電弧槍調節至共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1原料正上方，保證槍尖距離原料3～4mm，打開電源，開始熔煉；電弧保持3～5分鐘，關閉電源，讓共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1原料在循環水冷坩堝內自然冷卻；將共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1原料翻面，繼續熔煉；

步驟三、形狀加工；

將熔煉的共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1圓餅狀鑄錠和鑄件GH3030合金切割成預定形狀的共晶高熵合金件以及GH3030合金件；

步驟四、拼裝；

將切割好的共晶高熵合金件以及GH3030合金件拼裝在一起，并使得共晶高熵合金件處在兩個GH3030合金件之間；

步驟五、激光焊接；

采用單道激光焊接的方法使得共晶高熵合金AlCoCrFeNi_2.1的兩側分別和兩GH3030合金焊接在一起；選擇激光功率變化范圍600-1200W，焊接速度變化范圍1.0–1.8m/min。