专利名称：高镍合金与不锈钢异种金属的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种异种金属间的焊接方法，尤其涉及一种高镍合金与不锈钢异种金属 之间的焊接方法，属于材料焊接技术领域。
背景技术：
随着当代科学技术的发展，人们对异种金属的焊接及接头性能提出了越来越高的要 求。特别是两种金属材料的成分和厚度差别很大时，焊接难度更大。因此，能够提高产 品综合性能的异种金属焊接工艺越来越受到人们的关注。
例如，针对内燃机、汽车发动机的性能要求，将高镍合金与奥氏体不锈钢通过焊接 方法形成带有内冷通道耐磨镶环的新型铝活塞，既可以节约材料，又能充分发挥两种金 属各自的性能优势，提高内燃机和汽车发动机的性能要求，减少废汽排放量。但是，高 镍合金与奥氏体不锈钢在物理、化学性能上差异很大，阻碍其焊接结合。特别是高镍铸 造合金耐磨环的厚度为10mm以上，而奥氏体不锈钢内冷圈的厚度仅0.4mm 0.8mm，易 导致焊穿或产生焊接裂纹、气孔等缺陷，难以满足产品的使用技术要求。
目前，国内外有关高镍合金或不锈钢同种材料的焊接主要采用焊条电弧焊、气体保 护焊等方法。但对高镍合金与不锈钢异种金属薄壁件的焊接，国内外的文献报道极少。 哈尔滨工业大学采用钨极氩弧熔一钎焊工艺实现了镍基合金与不锈钢的连接，但这种方 法对工件定位严格，接头抗拉强度较低。
解决厚度10mm以上高镍合金与厚度仅0. 4mm 0. 8mra不锈钢异种金属焊接的难题， 对高镍合金与不锈钢异种金属复合结构的制造和应用将产生推动作用。
发明内容
针对现有高镍合金与不锈钢异种金属焊接技术的不足，本发明要解决的问题是，提 出一种简便易行、焊接质量高的针对高镍合金与不锈钢异种金属薄壁件之间的焊接方 法。采用本发明的方法可获得焊缝表面光洁细密、无裂纹和气孔的焊接接头，接头耐压 强度大于0. 5MPa,能够满足高镍合金与不锈钢异种金属焊接生产中的技术性能要求。
本发明所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，采用脉冲鸽极氩弧焊，其特 征在于所述脉冲钨极氩弧焊的工艺参数为基值电流20A 50A、脉冲电流28A 60A、 脉冲持续时间5s 10s、脉冲频率35Hz 75Hz，焊接电压8V 12V，焊接速度1.0圃/s 2.6mm/s，惰性气体流量5L/min~12L/min,焊枪喷嘴离工件的距离5mm 10mm，焊枪鸨 极与焊件之间的夹角是70° 85° 。
上述方法进一步优选的焊接工艺参数为基值电流30A 45A、脉冲电流35A 48A、 脉冲持续时间5s 10s、脉冲频率45Hz 60Hz，焊接电压9V 10V，焊接速度1. 5mm/s 1.8mm/s，惰性气体流量6L/min 8L/min，焊枪喷嘴离工件的距离5mm 8mm，焊枪钨极 与焊件之间的夹角是80° 85° 。
上述脉冲钨极氩弧焊采用高频脉冲引弧，初次引弧前先打开惰性气体，保持流通 20s 30s以排除空气，并利用惰性气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准起弧点引 燃电弧；收弧时，为了使接缝平滑，应控制焊接电流逐渐延时衰减，熄弧后氩气要继续流通5s 10s，以防止钨极氧化。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中 '
所述高镍合金是指以质量百分比计，Ni 13% 28%， C 2% 3%， Cu 5% 9%， Si 1% 3%， Mn 0.5% 1.5%， Cr《3.5%的合金；所述不锈钢是奥氏体不锈钢，其成分以质量百 分比计，Cr 17% 19%, Ni 8% 11%， Si《l%， Mn《2%。所述高镍铸造合金焊接工件的 厚度为10mm 16mm，所述不锈钢焊接工件的厚度为0. 4mm 1. Oiraii。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中所述惰性气体优选氩气，其纯度 大于99. 9%。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中所述高镍合金与不锈钢工件施焊 前应去除工件接头处表面的油污，当环境温度大于或等于10'C时直接进行焊接；当环境 温度小于10r时，被焊工件应预热到100以上并保温0. 5h 2h再实施焊接。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中所述钩极的直径优选1.5
2, 5mnu
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，冷却方式优选气冷。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中所述钩极端部要始终处于惰性气 体(氩气)的保护范围之内，防止氧化膜形成。
上述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法中采用连续式焊整条焊缝一次完成 的焊接方式，以保证焊接质量稳定。
采用本发明所述的高镍合金与奥氏体不锈钢异种金属间的焊接方法，焊接效率高， 成本低，操作方便灵活，可获得无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头，能够满足高镍铸造 合金与奥氏体不锈钢异种复合结构的使用性能要求。
本发明的方法通过精确调整焊接参数，如基值电流、脉冲电流、脉冲持续时间、脉 冲频率等，控制高镍合金焊接熔池的熔化和凝固条件，与常规的熔焊方法相比，消除了
接头的裂纹和气孔倾向，焊缝表面平整光洁，焊接接头耐压强度达0. 5MPa以上。这种 焊接方法操作简便，焊接效果好，能够满足对焊接接头的使用性能要求，而且接头使用 性能可靠，有利于推广应用。
具体实施方式
实施例1:
采用钨极氩弧焊方法，对厚度为14mra、长度140mm、宽度80mra的高镍合金板与厚 度0. 6mm的奥氏体不锈钢薄板进行钩极氩弧焊。
焊前先用丙酮或酒精将工件接头处表面的油污去除，在环境温度IO'C以上的条件下 直接进行焊接。焊接工艺参数为焊接电流35A 48A、焊接电压9一10V，焊接速度 1. 5mra/s 1.8mm/s,氩气流量6L/min,钩极直径2. 0咖。
焊接过程中，保持焊枪钩极与焊缝水平板之间成85"角，钨极伸出长度5nrn,钩极 尖端电弧始终处于氩气保护之中，整条焊缝一次连续完成。直缝焊接结束时，通过电流 衰减逐渐熄灭电弧，滞后8s以后再停止输送氩气。
实施例2:
采用脉冲钨极氩弧焊方法，对厚度为12mm、直径150mm的高镍合金圈与厚度0.6mm 的不锈钢卡环进行脉冲钨极氩弧焊。焊前先用丙酮或酒精将工件接头处表面的油污去除，在环境温度24'C的条件下利用 旋转工装直接进行焊接。焊接工艺参数为基值电流25A 45A、脉冲电流34A 48A、 脉冲持续时间6s 9s、焊接电压9一10V，焊接速度1.4mm/s 1.7mm/s，氩气流量7L/min。
焊接过程中，保持焊枪钨极与水平焊缝成85°角，钨极伸出长度5mm，钨极尖端电 弧始终处于氩气保护之中，整条环焊缝一次连续完成。环缝焊接结束时，通过电流衰减 逐渐熄灭电弧，滞后10s以后再停止输送氩气。
实施例3:
采用脉冲钨极氩弧焊方法，对厚度为14mra、直径220mm的高镍合金圈与厚度0.8mm 的奥氏体不锈钢环进行焊接。
焊前先用丙酮或酒精将高镍合金圈和不锈钢环接头处表面的油污去除，在环境温度 20'C的条件下利用旋转工装直接进行焊接。焊接工艺参数为焊接电流42A 50A、脉冲 电流38A 48A、脉冲持续时间8s 12s、焊接电压10—12V，焊接速度1.6mm/s 2.0腦/s， 氩气流量8L/min，钨极直径2. Omm。
焊接过程中，保持焊枪钨极与环形焊缝水平面之间成85°角，钩极伸出长度6mm, 钨极尖端电弧始终处于氩气保护之中，整条环焊缝一次连续完成。环缝焊接结束时，通 过电流衰减逐渐熄灭电弧，滞后10s以后再停止输送氩气。
权利要求
1. 一种高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，采用脉冲钨极氩弧焊，其特征在于所述脉冲钨极氩弧焊的工艺参数为基值电流20A～50A、脉冲电流28A～60A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～75Hz，焊接电压8V～12V，焊接速度1.0mm/s～2.6mm/s，惰性气体流量5L/min～12L/min，焊枪喷嘴离工件的距离5mm～10mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°。
2. 如权利要求1所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于所 述脉冲钨极氩弧焊采用高频脉冲引弧，初次引弧前先打开惰性气体，保持流通20s 30s 以排除空气，并利用惰性气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准起弧点引燃电弧； 收弧时，应控制焊接电流逐渐延时衰减，熄弧后氩气要继续流通5s 10s，以防止钩极 氧化。
3. 如权利要求1所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于所 述高镍合金是指以质量百分比计，Ni 13% 28%， C 2% 3%， Cu 5% 9%， Si 1% 3%， Mn0.5% 1.5%， Cr《3.5^的合金；所述不锈钢是奥氏体不锈钢，其成分以质量百分比 计，Cr 17% 跳，Ni 8% 11%， Si《l%， Mn《2%。
4. 如权利要求1所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于所 述高镍铸造合金焊接工件的厚度为10mm 16ram，所述不锈钢焊接工件的厚度为0. 4mra 1. Omm。
5. 如权利要求1或2所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于-所述惰性气体是氩气，其纯度大于99.9%。
6. 如权利要求1所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于所 述高镍合金与不锈钢工件施焊前应去除工件接头处表面的油污，当环境温度大于或等于 IO'C时直接进行焊接；当环境温度小于l(TC时，被焊工件应预热到100以上并保温 0. 5h 2h再实施焊接。
7. 如权利要求1所述高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，其特征在于所 述钨极的直径为1. 5 2. 5mm。
全文摘要
本发明公开了一种高镍合金与不锈钢异种金属间的焊接方法，采用脉冲钨极氩弧焊，其焊接工艺参数为基值电流20A～50A、脉冲电流28A～60A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～75Hz，焊接电压8V～12V，焊接速度1.0mm/s～2.6mm/s，惰性气体流量5L/min～12L/min，焊枪喷嘴离工件的距离5mm～10mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°。采用本发明所述的方法，焊接效率高，成本低，操作方便灵活，可获得无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头，能够满足高镍铸造合金与奥氏体不锈钢异种复合结构的使用要求。
文档编号B23K9/09GK101508053SQ20091001998
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者张永兰, 李亚江, 娟 王 申请人:山东大学