[发明专利]一种铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁镍基合金焊接领域，具体地说是一种铁镍基沉淀强化奥氏体合金(J75)接头热影响区晶界液化裂纹控制方法。

背景技术

随着航空、航天和核能利用等高科技领域的发展，对所用材料和器件提出了更高的要求。由于强度偏低，如：304、310、316以及316L等单相奥氏体不锈钢已不满足各个领域的使用要求。沉淀强化型奥氏体不锈钢是在单相奥氏体不锈钢基础上，通过Ti、Al等元素的合金化发展起来的，该类合金在时效态下使用，通过析出与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)获得高强度和良好塑性匹配。该类合金的高强度源于与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)，典型的合金如：国内的J75合金。

在航空、航天、化工及能源领域作为结构材料使用时，不可避免的遇到连接问题。应提到的是，铁镍基(J75)合金的合金化程度高，除主元素Fe、Cr、Ni外，还含有Mo、Ti、Al、V等合金化元素，如：采用普通的熔化焊(钨极氩弧焊)方法，由于其热输入大，接头的热影响区会很大，这会使合金中析出的强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)回溶，在热影响区形成明显的贫γ′区，显著降低接头强度。更为重要的是，由于合金化程度高，接头中易形成结晶裂纹和热影响区晶界液化裂纹。电子束焊接属于高能束流焊接的一种，由于具有热输入小、能量集中、焊深焊宽比大、不需填充金属和开坡口，同时造成材料热影响区小等优点，已经在诸多领域的材料和构件连接上获得了应用。选用电子束焊接进行J75合金的连接，有利于改善接头性能。但仍会在J75合金一侧形成一定宽度的热影响区，从而致使强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)回溶，在形成一定的贫γ′区，降低接头强度。同时，由于含Ti、Al等元素，即使采用真空电子束焊接，如何抑制接头中热影响区晶界液化裂纹的形成依然不容忽视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，解决现有技术中铁镍基合金接头易形成较宽贫γ′区和晶界液化裂纹的问题。

本发明的技术方案是：

一种铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，铁镍基合金为沉淀强化奥氏体合金，采用真空电子束焊接方法，包括如下步骤：

(1)铁镍基合金板材对接面采用磨光处理，表面粗糙度为Ra1.6～3.2μm；

(2)将步骤(1)中磨光处理后的母材进行去污处理，处理时首先选用石油醚除油，随后采用酒精擦洗，该去污处理需在焊前10分钟～3小时内进行；

(3)将步骤(2)处理后的铁镍基合金在焊接室内装夹固定，对接面采用紧配合并保持两块母材水平放置；

(4)关闭真空焊接室并抽真空，焊接时真空度为5×10^-3Pa～1×10^-2Pa；

(5)待焊接室达到步骤(4)所要求的真空度时，先进行两块母材的定位焊，定位焊采用点定位，位置分别在焊缝的前、中、后三处，定位焊工艺参数为：加速电压40～60KV，焊接电流2～15mA，聚焦电流1.5～3.0A，时间1～3s；

(6)将经步骤(5)定位焊后的板材进行正式焊接，焊接采用单循环焊接方式，焊接工艺参数为：加速电压50～60KV，焊接电流15～50mA，聚焦电流1.5～3.0A，电子束偏转振幅0.3～0.8mm，频率200～350Hz，焊接速度0.5～1.5m/min；

(7)步骤(6)完成后，保持焊板装夹位置不动，进行焊缝表面修饰焊接，修饰焊工艺参数为：加速电压50～60KV，焊接电流2～15mA，聚焦电流1.5～2.8A，焊接速度0.5～1.5m/min；

(8)步骤(7)完成后，保持焊板装夹位置不动，采用电子束对焊缝进行散焦扫描，扫描工艺参数为：加速电压20～40KV，扫描电流2～10mA，聚焦电流2.0～3.0A，扫描速度0.5～1.5m/min，扫描次数10～20次。

所述的铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，焊接采用真空电子束焊机。

所述的铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，真空电子束焊机为中压电子束焊机。

所述的铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，铁镍基合金板材的厚度范围为2.0～20mm。

所述的铁镍基合金焊接接头热影响区晶界液化裂纹控制方法，铁镍基合金的牌号为J75。

本发明的设计思想是：