[发明专利]超级镍/NiCr叠层复合材料的填丝钨极氩弧焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料的焊接工艺，尤其涉及一种Super-Ni/NiCr叠层复合材料之间或其与不锈钢异种材料的填丝钨极氩弧焊工艺，属于焊接技术领域。

背景技术

本发明所述的Super-Ni/NiCr叠层复合材料为一种由超级镍(Super-Ni)复层和NiCr合金基层通过真空等静压轧制和超塑性成形的方法制成的叠合板，是一种新型的高温结构材料。这种叠层复合材料利用纯镍作韧化复层，具有比单一材料更好的耐高温和抗疲劳性能。将这种Super-Ni/NiCr叠层复合材料与其他材料连接形成复合结构能减轻构件的质量、发挥各自的性能，用于先进的动力设备部件具有独特的优势。

Super-Ni/NiCr叠层复合材料具有良好的高温力学性能以及抗氧化、耐腐蚀性，可以广泛应用于航空航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域。但是，实现所述高温叠层复合材料的焊接及保证接头性能稳定性难度很大，致使其应用受到限制。作为一种极具发展潜力的新型高温结构材料，焊接性问题是制约叠层复合材料整体加工和应用的主要障碍之一。

由于Super-Ni/NiCr叠层复合材料焊接时易形成Ni的低熔点物质，焊缝凝固时形成单相奥氏体柱状晶而促使杂质偏析，存在热裂纹敏感性；焊缝金属凝固时的组织偏析以及脆性相的析出，致使焊缝的塑性和韧性降低；而且叠层复合材料焊接时复层金属受热熔化易于剥离基层，与基体的熔合性差，阻碍了Super-Ni/NiCr叠层复合材料的推广应用。

在某些特定场合，高温部件仅有一部分结构经受特定的负荷、温度和介质的作用，将Super-Ni/NiCr叠层复合材料与其他材料连接形成复合结构不但能减轻构件的重量，而且能发挥各自的性能优势。因此，叠层复合材料与不锈钢等其他材料的焊接也是制备复合材料结构件的关键技术。目前，国内外文献中尚未见有关Super-Ni/NiCr叠层复合材料焊接研究的报道。

发明内容

针对现有叠层复合材料焊接技术的不足，本发明提供了一种简便易行、焊接效率高且适应性强的超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料之间或其与不锈钢异种材料的填丝钨极氩弧焊工艺。

本发明所述超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料的填丝钨极氩弧焊工艺，步骤如下：

(1)焊前将超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料待焊接头处的纯镍(Super-Ni)复层加工掉，要求被加工处平整，露出基层，如图1所示，并用砂纸将基层打磨至出现金属光泽；

(2)采用直径为2.0～2.5mm的Cr-Ni合金焊丝作为填充金属，焊前用酸溶液对其进行酸洗处理，待焊丝表面露出金属光泽后用清水冲洗至中性，烘干，备用(烘干后最好立即施焊)；或者焊前用砂纸将焊丝表面打磨至露出金属光泽，备用；焊接量小时，填充焊丝选用砂纸打磨至露出金属光泽即可，不必进行酸洗处理；

(3)待焊对接件接头表面处理：若待焊对接件为超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料，处理方法同步骤(1)；若对接件为叠层复合材料与不锈钢异种材料连接，接头处加工如图2所示，即叠层复合材料接头处处理方法同步骤(1)，不锈钢异种材料用砂纸将接头处表面打磨至露出金属光泽；

(4)将步骤(1)所述表面处理好的超级镍(Super-Ni)/NiCr叠层复合材料接头与步骤(3)处理后的待焊对接件接头水平对接装配放置，并使装配间隙不大于0.5mm；

(5)采用手工填丝的钨极氩弧焊在水平位置进行焊接，钨极氩弧焊工艺参数为：焊接电压10～13V，焊接电流80～110A，氩气流量8～15L/min，压低氩弧短弧施焊，均匀地断续添加填充的Cr-Ni合金焊丝。

上述超级镍/NiCr叠层复合材料的填丝钨极氩弧焊工艺中：

所述超级镍/NiCr叠层复合材料是通过真空静压轧制和超塑性成形方法制成的纯镍复层厚度为0.2～0.4mm，NiCr基层厚度为1.6～2.4mm的叠层复合板。

所述Cr-Ni合金焊丝为Cr25-Ni13合金系焊丝，其成分以质量分数％计为：C≤0.15，Cr 22.0～25.0，Ni 12.0～14.0，Mn 0.5～2.5，Mo≤0.75，W≤1.0，Cu≤0.75，Si≤0.90，余为Fe。

所述酸溶液是5％HF的水溶液与35％HNO₃的水溶液的混合液。

所述填丝钨极氩弧焊工艺采用氩气进行保护，氩气纯度大于99.9％。