[发明专利]一种用于ODS合金熔化焊的焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料焊接领域，主要用于ODS合金的熔化焊接，针对ODS合金熔化焊焊缝中出现原增强相颗粒烧损、团聚、新生增强相分布不均匀等降低焊接接头力学性能的问题，利用原位合金化焊接方法，通过向焊接熔池中加入本发明的焊丝，原位生成更加稳定的新颗粒相，从而提高焊接接头强度等力学性能。

背景技术

ODS合金为采用机械合金化方法制备，并经过轧制加工的氧化物弥散强化(Oxide dispersion strengthened， ODS )的合金板材；ODS合金具有高温力学性能好、高温抗氧化和抗腐蚀性能好等综合性能优异的特点，因此在航空发动机热端零部件的选材方面有突出的优势；目前， 该材料已经在一些发达国家的航空、航天以及能源等领域得到应用。比如应用于航空发动机高效冷却结构——多空层板结构，其化学成分如表1所示：

表1 ODS 合金化学成分( 质量分数，%)

ODS合金不处于冶金平衡状态，用熔化焊方法进行焊接比较困难，这是因为：熔焊时的熔化过程破坏了ODS合金不平衡的冶金状态，使原来加入金属基体的一些熔点高、密度又较金属轻的氧化物质点与液体金属发生分离，并聚集成渣，残留在焊缝中或上浮集中到焊缝表面，这就破坏了材料原先的组成和性能，特别是抗拉强度等力学性能。

以下是采用ODS合金材料本身作为填充材料时，焊接接头的组织和拉伸情况：

对1.3mm厚的ODS合金进行TIG焊，焊接前对母材试件表面进行严格清理，采用直流正接，焊接电流70A，焊接速度1.8 mm/s，采用纯度为99.9%的氩气作为保护气，气体流量为8 L /min，在型号为MW3000逆变全数字化钨极氩弧焊机上对ODS合金进行对焊；焊后沿焊缝横截面制取金相及拉伸试样，利用SEM及EDS进行分析，综合分析图1、图2，在扫描电镜下焊缝表面存在一些圆形的孔洞，在一些孔洞内看到有球状颗粒物存在，用XRD对孔洞内球状颗粒物成分分析得知，这些颗粒物应为粗化了的弥散强化相Y-Al复合氧化物，这是由于熔焊过程超过1500℃的高温不可避免地导致钢的基体中原有弥散分布的超细的氧化物颗粒（Y₂O₃）发生烧损团聚，生成直径在1um以上的Al₅Y₃O₁₂颗粒，粗化了的Y-Al复合氧化物颗粒失去了对焊缝的强化作用，严重降低了ODS合金的抗拉强度，焊接接头的拉伸强度仅为380MPa。

针对ODS合金熔化焊焊缝中出现增强相颗粒烧损、增强相分布不均匀等问题，采用原位合金化焊接方法，通过向焊接熔池中加入微量合金元素Ti、Si、C、W、Mn、Ta、V等，原位生成更加稳定的新颗粒相；并且通过向焊接熔池中加入微量稀土元素，在细化晶粒、净化焊缝的同时，可以生成AlYO₃和ReMO₃等增强颗粒，从而提高抗拉强度，焊缝原位合金化焊接ODS合金需要一种焊接填充材料，因此发明一种焊接填充材料是实现ODS合金熔化焊的关键。

经对现有技术的文献检索发现，目前国内外尚未出现相关的专利申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于ODS合金的熔化焊接的填充材料，以有效抑制原增强相颗粒烧损、团聚等问题，获得成形良好的焊缝，提高焊接接头组织的力学性能。