[发明专利]一种镍基合金焊粉及其制作方法、使用方法

说明书

本申请涉及一种镍基合金焊粉及制作方法、使用方法，所述镍基合金焊粉包括以下质量份的组分：C：0.40~0.60%，Si：2.30~2.60%，P：≤0.010%，S≤0.005%，Fe：27.0~32.0%，Cu：0.10~0.40%，Ce：0.01~0.06%，Y：0.01~0.05%，Ni为余量。本申请还包括所述镍基合金焊粉的制作方法、使用方法。本申请设计合理，焊缝硬度低，开裂风险小，焊前不需预热，焊后不需热处理。

技术领域

本申请涉及一种镍基合金焊粉及其制作方法、使用（焊接）方法，主要适用于生产低碳钢与灰铸铁激光焊接用的镍铁基填充粉末及其使用方法。

背景技术

低碳钢与铸铁异种金属材料的焊接通常应用在各类产品结构中。灰铸铁的组织是由铁液缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，主要由片状石墨和珠光体基体组织组成。片状石墨在铸铁中相当于小裂纹，割裂了基体，降低了钢的有效成灾面积，使灰口铸铁强度降低，塑性几乎为零。铸铁的化学成分较为特殊，碳、硅、硫、磷含量高，其中硫、磷为杂质元素，而低碳钢由于含碳量低，杂质元素硫、磷含量低，自身的焊接性能好。但在碳钢与铸铁熔合区域，铸铁中的碳、硫、磷等不利于焊接的元素都会向碳钢侧稀释。焊缝中碳的含量分数可高达1.0~2.0%，含硫量也较高，促使形成FeS与Fe的低熔点共晶物，含碳量高的焊缝会增加热裂纹敏感性，导致焊缝开裂。

为避免碳钢与铸铁间焊缝出现裂纹，目前常用铸铁专用焊条在预热条件下进行焊接，且在焊接碳钢与铸铁搭接接头时，必须要在碳钢侧开槽，自动化程度不高，生产效率低。激光焊接是一种高能力密度的焊接方法，具有能量集中，热影响区小，焊接变形小，自动化程度高等特点，且激光焊穿透能力强，在焊接碳钢与铸铁搭接接头时，可直接熔穿碳钢，再将底部的部分铸铁熔化，形成永久连接焊缝。对于低碳钢与铸铁的异种金属焊接方法，通常采用摆动和偏移自熔焊接工艺对待焊件进行焊接，激光入射点偏向低碳钢侧的偏移量约35~45%进行摆动焊接，以提高焊缝抗裂性能。

采用激光空熔及光斑摆动的方式无法从根本上杜绝焊缝开裂的风险，实际产品组装过程中焊缝间隙存在0~0.30mm的波动，焊接设备及产品反射率等因素也易造成实际焊接功率波动问题，因此稍不注意就可能造成熔合率波动，导致焊缝中产生裂纹或者熔合不良缺陷，影响工程应用。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种适用于碳钢与铸铁焊接的镍基合金焊粉及其制作方法、使用方法，提高焊缝的抗裂性能，减小焊接变形量。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种适用于碳钢与铸铁焊接的镍基合金焊粉，所述的镍基合金焊粉包括以下质量份的组分：C：0.40~0.60%，Si：2.30~2.60%，P：≤0.010%，S≤0.005%，Fe：27.0~32.0%，Cu：0.10~0.40%，Ce：0.01~0.06%，Y：0.01~0.05%，Ni为余量。

本申请使用镍基焊接材料时，焊缝拥有塑性良好的奥氏体基体，对冷裂纹不敏感。另外，镍与铁无限互溶，碳与镍不形成化合物而以石墨形式存在，由于铸铁中C含量很高，Ni含量提高后可避免生成过多的硬脆性碳化物，降低焊缝中的硬度，减少开裂倾向。因此，本申请采用Ni元素作为基体且C含量控制在0.40-0.60%范围内。

此外，Si是铁素体形成元素，可以形成很多的硅化物（FeSi、Fe₂Si、Fe₃Si、Fe₅Si），它们有使组织脆化的倾向，但硅能够改善熔池的流动性，进而提高焊缝的成形性能，保证焊缝外观美观，因此本申请将硅含量控制在2.3~2.5%范围内。

Fe能够减少焊缝与铸铁及碳钢之间的成分差异，且能够降低焊粉的成本，在保证焊缝抗裂性的前提下尽可能的增加铁元素的含量，因此本申请将铁含量控制在27~32%范围内。