[發明專利]一種用于異種材料的錳基釬料釬焊方法

在審

• 申請號: 202211266970.7
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115673454A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李京龍;李昭希;李雙吉;褚強;毛東遠;熊江濤;袁琳
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安航天發動機有限公司
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20;B23K3/08;B23K35/30;B23K103/18
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 康進興

本發明屬于焊接工藝技術領域，涉及一種用于異種材料的錳基釬料釬焊方法，包括如下步驟：進行配料、電弧熔煉、甩帶制備錳基釬料；將裁剪的錳基釬料以點焊的方式固定在一種待焊工件的銑削待焊面的釬料裝配；采用釬焊工裝對待焊工件進行固定；將釬焊工裝以及釬焊工裝所夾持的待焊工件、錳基釬料一同置入釬焊爐中，在釬焊爐中進行爐中釬焊；爐冷，得到異種材料的錳基釬料釬焊工件。本發明釬焊方法釬料內部不含傳統降熔元素，避免了在焊縫處引入硅、硼等元素，從而減少了焊接界面上硼化物的產生和聚集，保證接頭性能，實現了不銹鋼?不銹鋼、不銹鋼?高溫合金以及高溫合金?高溫合金之間的異種材料焊接。

技術領域

本發明屬于焊接工藝技術領域，特別是涉及一種采用錳基釬料實現異種材料的焊縫高熵化的釬焊方法，適用于發動機熱端部件的釬焊生產。

背景技術

航天發動機在工作時面臨高溫度和大載荷的服役要求，其結構的高強，耐熱和輕質的要求以及對氧化劑、燃料不同程度的預熱設計決定了其必然采用雙層內流道結構。同時，為了對高溫性能和強度進行兼容，其發動機的雙層結構必然大量采用不同的材料組合成型。通常在熱端采用高溫合金，以保證其在高溫下具有可靠的結構強度，而在冷端或外部結構通常采用不銹鋼材料，在保證強度的同時降低質量和成本。采用雙層內流道結構的發動機通常需要將內外壁之間的復雜流道系統采用釬焊的方式連接成型。此技術要求在一定溫度下，內壁凸起的大量筋條可以與發動機身部外壁之間形成均勻、無缺陷的焊縫，且必須保證一定的連接強度。由于發動機常采用鋼及高溫合金制造，目前常用的釬焊手段，通常采用 Ni基釬料，以B、Si元素作為降熔元素使其在高于1000℃的溫度下進行焊接。

然而，傳統釬料中添加B、Si元素作為降熔元素的釬料，在焊縫或晶界處會生呈島狀分布的硼化物與硅化物，這些硬脆的析出相會破壞焊縫的連續性，導致在接頭服役時出現應變差異，從而引發應力集中，成為潛在的裂紋源，危害接頭服役可靠性。采用合適的釬料及釬焊方法，實現焊縫的均勻化、保證其強度并避免脆性直接關系到航天發動機發性能以及服役可靠性。

目前，針對鋼材與高溫合金的釬焊焊接工藝，主要采用BNi-2、BNi-5等鎳基釬料實現焊接。這些釬料中以FCC結構的金屬為主，在釬焊縫處可以形成相對較為均勻的凝固組織。然而，為了實現在較低溫度下的釬焊，避免高溫帶來母材組織退化以及變形，且為了促進擴散的進行，這些釬料中普遍添加了B、Si元素作為降熔元素。硼元素的添加導致焊縫處會形成大量硼化物，硅元素易在晶界析出，破壞焊縫均勻性與連續性，成為潛在的裂紋源，降低接頭性能。就國內外目前的相關專利而言，注重于在采用含有此類元素的釬料焊接時，在釬焊工藝、焊后熱處理等方面對聚集于焊縫處的大塊析出相進行破碎、分散和重溶，抑制連續析出相的產生。這些通過后續加工對釬焊方法固有缺陷進行補救的措施難以從根源上消除硬脆相聚集或者焊合線產生等問題，同時增加了工藝復雜度和生產成本。

因此，尋求解決焊縫界面處硬脆析出問題的方法是現有航天發動機釬焊生產制造的重要議題。一方面，釬料組配以及釬焊工藝需要在較低的溫度下將兩母材成功焊合完成，并形成良好的焊縫；另一方面，焊縫處應避免產生硬脆相析出，以確保焊縫組織均勻，消除應力集中的潛在隱患。

發明內容

為了克服鋼及高溫合金釬焊焊接工藝中存在的界面硬脆析出相導致接頭弱化的不足，本發明提出了一種用于異種材料的錳基釬料釬焊方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種用于異種材料的錳基釬料釬焊方法，包括如下步驟：

步驟一，制備錳基釬料

首先，以Mn、Ni、Cr為原料按重量百分比進行配料；其次，將配料置入電弧熔煉爐進行電弧熔煉；再次，將熔煉后的錳基合金錠進行甩帶，得到錳基釬料。

步驟二，釬料裝配

將裁剪的錳基釬料以點焊的方式固定在銑削待焊面上，所述被固定的銑削待焊面為兩個待焊工件中的1個待焊工件的銑削待焊面，得到附著錳基釬料的待焊工件。