[发明专利]以合金粉末作为焊接填料的焊接方法

说明书

本发明提出一种以合金粉末作为焊接填料的焊接方法。本发明是基于适当比例将至少五种金属元素的粉末混合成一高熵合金粉末以作为焊接填料，接着将该高熵合金粉末填入位于两个母材之间的一接合沟槽之中。继续地，先利用电弧焊技术于该接合沟槽之中完成初次焊接(根部焊)，之后再重复性地执行填入高熵合金粉末以及焊接的动作，直到两个母材之间的焊缝达到预定的长度和/或厚度为止。在本发明中，高熵合金粉末是由多合金颗粒所组成，且该些合金颗粒的尺寸大小为微米等级；因此，以高熵合金粉末作为焊接填料的情况下，形成于两个母材之间的焊缝会具有细致的超细组织，提升比强度、断裂阻抗、抗拉强度、及抗腐蚀与抗氧化能力等特性。

技术领域

本发明是关于焊接制程的相关技术领域，尤指一种以合金粉末作为焊接填料的焊接方法。

背景技术

焊接是一种通过加热在两个母材的表面间形成原子-原子间键结而使该两个母材达成永久性接合的工艺技术。焊接的实现方式可分为以下三种：

(1)真实焊接：加热欲接合的母材使其局部熔化形成熔池，熔池冷却后便会凝固而后接合欲接合的母材。必要时，可在加热母材时加入填料金属的熔融物于熔池之中，以达到最佳的焊接效果；

(2)软焊或硬焊：无需熔化母材本身，而是仅单独加热熔点较低的填料金属，并利用填料金属的熔融物的毛细及化学键结作用来连接两个母材；以及

(3)锻焊：先加热两个母材使其达到白炽状态，接着利用压击或振动的方式，使两个母材相互接合。

并非所有金属件都能够利用上述焊接方法进行接合。举例而言，焊接钛与不锈钢时，两者之间的焊缝会因为钛的性质活泼而形成脆性的金属间化合相(TiFe、TiFe2或TiC)。虽然现有的商业焊料金属包括有铝基、铜基、铁基、或镍基的超合金，但仍不适于作为特定的异质母材(例如:钛与不锈钢)的焊接制程的填料金属。有鉴于此，中国专利号CN104476010B揭示一种高熵合金(high-entropy alloys)焊丝，其中所述高熵合金焊丝的组成包括：5at％的钛元素、1-20at％的铁元素、25-30at％的铬元素、25-35at％的铜元素、以及25-35at％的镍元素。由于高熵合金具有优良的机械性质，因此将高熵合金加工为焊丝并应用为焊接不锈钢与钛的填料金属时，并不会在焊缝生成脆性的金属间化合相。

图1显示现有的一种焊接系统的架构图，其中现有的焊接系统包括：一焊枪21’、一电弧焊供电装置22’以及一气体供应装置23’。由图1可发现，由于高熵合金焊丝HE’的长度有限，因此对左母材11’与右母材12’进行大范围的焊接时，可能必须一次或多次的补充高熵合金焊丝HE’，导致焊接制程不通畅。同时，除了影响该电弧焊供电装置22’的输出电流的设定与选择以外，高熵合金焊丝HE’的长度与直径(或厚度)也同时限制了左母材11’与右母材12’之间的接合设计。例如，图1显示左母材11’与右母材12’之间采用标准接合设计(即，水平接合)；然而，一旦左母材11’与右母材12’之间采用非标准接合方式，则高熵合金焊丝HE’便可能难以馈入左母材11’与右母材12’之间的接合沟槽13’；在这种情况下，左母材11’与右母材12’之间可能就无法透过电弧焊而形成足够长度和/或厚度的焊缝。另一方面，对厚度大于5mm的两片母材进行焊接时，必须先对两片母材进行开坡口，并在该两片母材的表面完成焊接；接着翻转，在完成该两片母材的底面的背面清根(back gouging)处理之后，再在底面重复一次焊接以增加强度。

由上述说明可知，高熵合金焊丝的提出的确大幅地扩增合金焊料的种类与数量，但实际应用于焊接制程时仍有许多的限制与缺陷。因此，实有必要对已知的使用高熵合金焊丝作为焊接填料的焊接方法进行改善。有鉴于此，本案的发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种以合金粉末作为焊接填料的焊接方法。

发明内容