一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法技术

本发明专利技术属于焊接工艺技术领域，涉及一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，包括如下步骤：进行配料、电弧熔炼、甩带制备锰基钎料；将裁剪的锰基钎料以点焊的方式固定在一种待焊工件的铣削待焊面的钎料装配；采用钎焊工装对待焊工件进行固定；将钎焊工装以及钎焊工装所夹持的待焊工件、锰基钎料一同置入钎焊炉中，在钎焊炉中进行炉中钎焊；炉冷，得到异种材料的锰基钎料钎焊工件。本发明专利技术钎焊方法钎料内部不含传统降熔元素，避免了在焊缝处引入硅、硼等元素，从而减少了焊接界面上硼化物的产生和聚集，保证接头性能，实现了不锈钢

【技术实现步骤摘要】
一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法


[0001]本专利技术属于焊接工艺
，特别是涉及一种采用锰基钎料实现异种材料的焊缝高熵化的钎焊方法，适用于发动机热端部件的钎焊生产。

技术介绍

[0002]航天发动机在工作时面临高温度和大载荷的服役要求，其结构的高强，耐热和轻质的要求以及对氧化剂、燃料不同程度的预热设计决定了其必然采用双层内流道结构。同时，为了对高温性能和强度进行兼容，其发动机的双层结构必然大量采用不同的材料组合成型。通常在热端采用高温合金，以保证其在高温下具有可靠的结构强度，而在冷端或外部结构通常采用不锈钢材料，在保证强度的同时降低质量和成本。采用双层内流道结构的发动机通常需要将内外壁之间的复杂流道系统采用钎焊的方式连接成型。此技术要求在一定温度下，内壁凸起的大量筋条可以与发动机身部外壁之间形成均匀、无缺陷的焊缝，且必须保证一定的连接强度。由于发动机常采用钢及高温合金制造，目前常用的钎焊手段，通常采用 Ni基钎料，以B、Si元素作为降熔元素使其在高于1000℃的温度下进行焊接。
[0003]然而，传统钎料中添加B、Si元素作为降熔元素的钎料，在焊缝或晶界处会生呈岛状分布的硼化物与硅化物，这些硬脆的析出相会破坏焊缝的连续性，导致在接头服役时出现应变差异，从而引发应力集中，成为潜在的裂纹源，危害接头服役可靠性。采用合适的钎料及钎焊方法，实现焊缝的均匀化、保证其强度并避免脆性直接关系到航天发动机发性能以及服役可靠性。
[0004]目前，针对钢材与高温合金的钎焊焊接工艺，主要采用BNi
‑<br/>2、BNi
‑
5等镍基钎料实现焊接。这些钎料中以FCC结构的金属为主，在钎焊缝处可以形成相对较为均匀的凝固组织。然而，为了实现在较低温度下的钎焊，避免高温带来母材组织退化以及变形，且为了促进扩散的进行，这些钎料中普遍添加了B、Si元素作为降熔元素。硼元素的添加导致焊缝处会形成大量硼化物，硅元素易在晶界析出，破坏焊缝均匀性与连续性，成为潜在的裂纹源，降低接头性能。就国内外目前的相关专利而言，注重于在采用含有此类元素的钎料焊接时，在钎焊工艺、焊后热处理等方面对聚集于焊缝处的大块析出相进行破碎、分散和重溶，抑制连续析出相的产生。这些通过后续加工对钎焊方法固有缺陷进行补救的措施难以从根源上消除硬脆相聚集或者焊合线产生等问题，同时增加了工艺复杂度和生产成本。
[0005]因此，寻求解决焊缝界面处硬脆析出问题的方法是现有航天发动机钎焊生产制造的重要议题。一方面，钎料组配以及钎焊工艺需要在较低的温度下将两母材成功焊合完成，并形成良好的焊缝；另一方面，焊缝处应避免产生硬脆相析出，以确保焊缝组织均匀，消除应力集中的潜在隐患。

技术实现思路

[0006]为了克服钢及高温合金钎焊焊接工艺中存在的界面硬脆析出相导致接头弱化的不足，本专利技术提出了一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0008]一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一，制备锰基钎料
[0010]首先，以Mn、Ni、Cr为原料按重量百分比进行配料；其次，将配料置入电弧熔炼炉进行电弧熔炼；再次，将熔炼后的锰基合金锭进行甩带，得到锰基钎料。
[0011]步骤二，钎料装配
[0012]将裁剪的锰基钎料以点焊的方式固定在铣削待焊面上，所述被固定的铣削待焊面为两个待焊工件中的1个待焊工件的铣削待焊面，得到附着锰基钎料的待焊工件。
[0013]步骤三，焊接工装
[0014]采用钎焊工装对待焊工件进行固定，固定时，附着锰基钎料的待焊工件的钎料箔材面与另一母材的铣削待焊面相接；夹具通过待焊工件对锰基钎料施加预紧力，使锰基钎料与铣削待焊面紧密贴合。
[0015]步骤四，炉中钎焊
[0016]将钎焊工装以及钎焊工装所夹持的待焊工件、锰基钎料一同置入钎焊炉中，在钎焊炉中进行钎焊。
[0017]钎焊温度为1150℃～1250℃，保温时间为30min～60min，升温速度为 10～15℃/min。
[0018]步骤五，炉冷
[0019]随炉冷却至室温，将钎焊工装及所夹持的工件取出，得到异种材料的锰基钎料钎焊工件。
[0020]上述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，所述步骤一制备锰基钎料的过程进一步包括：
[0021]第一步，配料
[0022]以颗粒状Mn、Ni、Cr为原料，按照重量百分比，其含量分别为：Ni为20～30％， Cr为5～7％，Mn为余量，依照此比例按照预期制备重量称取原料。
[0023]将称取的原料置入酒精中进行超声清洗，清洗时间为30min，然后烘干，得到配料。
[0024]第二步，熔炼
[0025]将配料依次按Mn、Ni、Cr的顺序置入电弧熔炼炉的坩埚内。坩埚为水冷坩埚，对配料进行磁搅拌电弧熔炼，至熔融的Mn、Ni、Cr混合均匀，随炉冷却至室温。
[0026]得到混合均匀的锰基合金锭。
[0027]在放置配料时，将Mn、Ni、Cr依次置入坩埚，低熔点的配料在下层，高熔点的配料在上层便于相互熔融；在电弧熔炼时进行磁搅拌，加速材料合金化过程。
[0028]第三步，甩带
[0029]将锰基合金锭进行切块、超声清洗，然后，在氩气保护气氛下，采用甩带设备，对清洗的块状锰基合金进行磁感应加热至液态，利用旋转铜轮进行甩带，得到厚度为d，d＝80μm～120μm的锰基合金箔材，即钎料箔材，亦称锰基钎料。
[0030]上述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，所述步骤二钎料装配的过程进一步包括：
[0031]将锰基钎料按待焊面形状进行裁剪，使锰基钎料形状与待焊面形状一致。
[0032]以不锈钢和/或高温合金材料为母材，母材即待焊工件，待焊工件的接触面为待焊面。
[0033]对待焊面进行铣削加工，至表面粗糙度满足低于Ra1.6μm的要求，得到铣削待焊面。
[0034]将裁剪的锰基钎料以电阻点焊的方式固定在铣削待焊面上，点焊时，两焊点之间的间距为5cm，得到附着锰基钎料的待焊工件。
[0035]上述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，所述母材中的不锈钢可以为 1Cr18Ni9Ti，或为1Cr21Ni5Ti，所述母材中的高温合金可以为GH5188，或为 GH3230。
[0036]上述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，所述步骤四炉中钎焊进一步包括：
[0037]钎焊采用在真空环境中进行，钎焊炉的真空度为小于等于5
×
10
‑3Pa。
[0038]上述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，所述步骤四炉中钎焊进一步包括：
[0039]钎焊采用在氩气保护气氛中进行，氩气保护气氛的形成过程为：抽真空至真空度低于2
×
10
‑2Pa，然后，通入纯度为99.99％的氩气，至炉中气压达到0.1MPa。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，制备锰基钎料：首先，以Mn、Ni、Cr为原料按重量百分比进行配料；其次，将配料置入电弧熔炼炉进行电弧熔炼；再次，将熔炼后的锰基合金锭进行甩带，得到锰基钎料；步骤二，钎料装配：将裁剪的锰基钎料以点焊的方式固定在铣削待焊面上，所述被固定的铣削待焊面为两个待焊工件中的1个待焊工件的铣削待焊面，得到附着锰基钎料的待焊工件；步骤三，焊接工装：采用钎焊工装对待焊工件进行固定，固定时，附着锰基钎料的待焊工件的钎料箔材面与另一母材的铣削待焊面相接；夹具通过待焊工件对锰基钎料施加预紧力，使锰基钎料与铣削待焊面紧密贴合；步骤四，炉中钎焊：将钎焊工装以及钎焊工装所夹持的待焊工件、锰基钎料一同置入钎焊炉中，在钎焊炉中进行钎焊；钎焊温度为1150℃～1250℃，保温时间为30min～60min，升温速度为10～15℃/min；步骤五，炉冷：随炉冷却至室温，将钎焊工装及所夹持的工件取出，得到异种材料的锰基钎料钎焊工件。2.根据权利要求1所述的用于异种材料的锰基钎料钎焊方法，其特征在于，所述步骤一制备锰基钎料的过程进一步包括：第一步，配料：以颗粒状Mn、Ni、Cr为原料，按照重量百分比，其含量分别为：Ni为20～30％，Cr为5～7％，Mn为余量，依照此比例按照预期制备重量称取原料；将称取的原料置入酒精中进行超声清洗，清洗时间为30min，然后烘干，得到配料；第二步，熔炼：将配料依次按Mn、Ni、Cr的顺序置入电弧熔炼炉的坩埚内；坩埚为水冷坩埚，对配料进行磁搅拌电弧熔炼，至熔融的Mn、Ni、Cr混合均匀，随炉冷却至室温；得到混合均匀的锰基合金锭；在放置配料时，将Mn、Ni、Cr依次置入坩埚，低熔点的配料在下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京龙，李昭希，李双吉，褚强，毛东远，熊江涛，袁琳，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：