專利名稱：用于tlp焊接q235鋼和316l鋼的中間層合金及制備方法
技術領域：
本發明屬于焊接材料技術領域，涉及一種用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L 不銹鋼的非晶態中間層合金，本發明還涉及該種非晶態中間層合金的制備方法。
背景技術：
Q235低碳鋼和316L不銹鋼被廣泛應用于天然氣輸運和石油化工等領域。然而，由于不銹鋼具有大的線膨脹系數和低的電導率，采用普通的熔化焊連接容易產生熱裂紋、焊接變形以及焊接殘余應力等缺陷，嚴重影響焊接結構質量。瞬時液相擴散焊接方法(Transient Liquid-phase bonding,簡稱TLP焊接)，是將特定成分的中間層合金置于兩待焊件之間，在焊接加熱過程中，中間層合金熔化填縫，并在隨后保溫時由于降熔元素的擴散實現與母材的冶金接合，最終獲得組織和成分與母材一致的焊接接頭的高性能的連接方法。該法焊接溫度低、壓力小，自動化程度高，可用于常用焊接方法難以勝任的場合，具有廣闊的應用前景。TLP焊接頭性能主要與中間層合金成分及TLP焊工藝有關，但是，目前還沒有合適的中間層合金，導致現有Q235低碳鋼和316L不銹鋼的TLP焊接性能不能滿足要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L不銹鋼的非晶態中間層合金，該種非晶態中間層合金具有優良的強度、韌性及耐腐蝕性，而且固相線與液相線溫差較小，與母材性能匹配性良好，易于獲得單晶態的焊接接頭。本發明的另一目的在于提供一種上述非晶態中間層合金的制備方法。本發明采用的技術方案是，一種用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L不銹鋼的非晶態中間層合金，按原子百分比由以下組分組成總的百分比為100%，其中Si 6. 6% -7%,B 3% -6%, Fe 1% -2%, Cr 0. 1 %-1 %、其余為 Ni。本發明采用的另一技術方案是，一種權利要求1所述的非晶態中間層合金的制備方法，該方法按照以下步驟實施步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金Al、按原子百分比稱量好以下各種高純金屬總的百分比為100%，其中Si 6.6% -7%,B 3% -6%,Fe 1% -2%,Cr 0. 1 %-1 %、其余為Ni ；再用硼酐將稱量好的各種高純金屬分別進行凈化處理；A2、將步驟Al凈化處理好的狗均分為兩份，，每份狗與其他高純金屬按照 Fe-Si-Cr, Ni-Fe-B的組合分組進行熔配，得到兩組中間過渡合金；A3、將步驟A2得到的兩組中間過渡合金一起進行二次熔配，得到需要的母合金；步驟B、應用單輥快速凝固裝置，將步驟A3得到的母合金制備成非晶態的中間層合金箔材。本發明的具有優良的強度、韌性及耐腐蝕性等綜合性能，而且固相線與液相線溫
3差較小，與母材性能匹配性良好，易于獲得單晶態的焊接接頭；非晶態中間層合金柔韌性能好，便于加工和裝配；該中間層合金的制備方法步驟簡單，容易操作，制作成本低，便于推
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明的用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L不銹鋼的非晶態中間層合金， 按原子百分比由以下組分組成總的百分比為100%，其中Si 6.6% -7%, B 3% -6%, Fe 1% -2%, Cr 0. -1%、其余為 Ni。本發明的非晶態中間層合金成分中，各組分及含量限定理由是為了提高低碳鋼/不銹鋼接頭的綜合力學性能，中間層主要元素選擇 Ni-Si-Cr-Fe-B系合金。主要原因有三點由于狗能夠與Ni無限固溶，且鎳為非碳化物形成元素，可避免金屬間化合物的產生，316L不銹鋼TLP焊用中間層合金選用Ni基合金。降熔元素選用原子半徑較小、擴散速度較快的Si、B元素。Cr和!^e元素則是作為添加元素少量加入，旨在調節焊縫性能，使之與母材相匹配。本發明前述的非晶態中間層合金的制備方法，按照以下步驟實施，步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金Al、按原子百分比稱量好以下各種高純金屬總的百分比為100%，其中Si 6.6% -7%,B 3% -6%,Fe 1% -2%, Cr 0. 1 %-1 %、其余為Ni。所有各種高純金屬的純度均高于99. 99% ；再用硼酐將稱量好的各種高純金屬分別進行凈化處理；A2、將步驟Al凈化處理好的狗均分為兩份，，每份狗與其他高純金屬按照 Fe-Si-Cr, Ni-Fe-B的組合分組進行熔配，得到兩組中間過渡合金；A3、將步驟A2得到的兩組中間過渡合金在一起進行二次熔配，得到需要的母合金。步驟B、應用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5-lOm/s，將步驟A3得到的母合金制備成非晶態的中間層合金箔材。所制備得到的非晶態中間層合金箔材厚度為 25-60 μ m，寬 3-7mm,長 l_2m。將本發明的非晶態中間層合金分別用于TLP方法中來焊接Q235/Q235、 Q235/316L、316L/316L的試樣接頭，裝配時先將箔材置于兩個待焊母材之間，然后按照常規 TLP焊方法對裝配好的接頭進行加熱、保溫和凝固，實現Q235低碳鋼和316L不銹鋼的連接。 使用本發明的非晶態的中間層合金箔材進行Q235低碳鋼和316L不銹鋼的TLP連接，與現有工藝操作條件相似，工藝簡單，操作方便。下表1中列舉了實施例1-5中的各個組分含量。表1實施例1-5中的各個組分含量表
組分含量SiBCrFeNi(%)6.6-73-60.1-11-2其余實施例16.63.00.11.0—實施例26.84.00.51.2—實施例37.05.01.01.5—實施例46.84.00.82.0—實施例56.66.00.11.8—實施例1 依照表1中實施例1的數據選取各組分元素含量，并按照以下步驟實施步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金Al、稱量各種高純金屬，各種高純金屬的純度均高于99. 99%，，再用硼酐將稱量好的各高純金屬分別進行凈化處理；A2、將步驟Al凈化處理好的!^e分為兩份，每份狗與其他高純金屬按照i^e-Si-Cr、 Ni-Fe-B的組合分組進行熔配，得到兩組中間過渡合金；A3、將步驟A2得到的兩組中間過渡合金兩在一起進行二次熔配，得到需要的母合
^^ ο步驟B、應用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5m/s，將步驟A3得到的母合金制備成非晶態的中間層合金箔材。本實施例1所制備得到的非晶態中間層合金箔材厚度為25-60 μ m,寬約3_7mm，長約l_2m。應用該非晶態的中間層合金箔材，對Q235與Q235采用TLP方法來焊接。焊接工藝參數為真空度10_3Pa，焊接壓力3-15MPa，升溫速度30-100°C /s，焊接溫度1000-1300°C， 保溫時間3-20min。獲得的焊接接頭抗彎角達90°。實施例2 按照上述實施例1的步驟，依照表1中實施例2的數據選取各組分元素及含量，制備出厚度為25-60 μ m,寬約3-7mm，長約Hm的非晶態中間層合金箔材。應用該非晶態的中間層合金箔材，對Q235/316L鋼采用TLP方法來焊接。焊接工藝參數為真空度 10_3Pa，焊接壓力12. OMPa，升溫速度50°C /s，焊接溫度1000°C，保溫時間lOmin。獲得的焊接接頭抗彎角達110°。實施例3 按照上述實施例1的步驟，依照表1中實施例3的數據選取各組分元素及含量，制備出厚度為25-60 μ m,寬約3-7mm，長約Hm的非晶態中間層合金箔材。應用該非晶態的中間層合金箔材，對316L與316L不銹鋼采用TLP方法來焊接。焊接工藝參數為 升溫速度50°C /s、連接壓力12. 7MPa、焊接溫度1150°C、保溫時間lOmin，Si元素向母材的擴散深度達35 μ m。獲得的焊接接頭抗彎角達135°。實施例4 按照上述實施例1的步驟，依照表1中實施例4的數據選取各組分元素及含量，應用該非晶態的中間層合金箔材，對Q235/316L鋼采用TLP方法來焊接。焊接工藝參數為真空度10_3Pa，焊接壓力10. 5MPa，升溫速度50°C /s，焊接溫度1100°C，保溫時間IOmin0獲得的焊接接頭抗彎角達115°。實施例5 按照上述實施例1的步驟，依照表1中實施例5的數據選取各組分元素及含量，應用該非晶態的中間層合金箔材，對316L與316L不銹鋼采用TLP方法來焊接。焊接工藝參數為真空度10_3Pa，焊接壓力12. 7MPa，升溫速度50°C /s，焊接溫度1150°C，保溫時間12min。獲得的焊接接頭抗彎角達140°。綜上所述，本發明的非晶態中間層合金，合金箔材柔韌性好，便于加工和裝配；采用TLP方法來焊接時與Q235及316L鋼的匹配性好、焊縫耐腐蝕性能良好，接頭綜合機械性能較高；該種中間層合金箔材的制備方法，工藝簡單，制作成本低，便于推廣。
權利要求
1.一種用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L不銹鋼的非晶態中間層合金，其特征在于，按原子百分比由以下組分組成總的百分比為100%，其中Si 6.6% -7%,B 3% -6%, Fe 1% -2%, Cr 0. 1 %-1 %、其余為 Ni。
2.—種權利要求1所述的非晶態中間層合金的制備方法，其特征在于，該方法按照以下步驟實施步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金Al、按原子百分比稱量好以下各種高純金屬總的百分比為100%，其中Si 6.6% -7%,B 3% -6%,Fe 1% -2%,Cr 0. 1 %-1 %、其余為Ni ；再用硼酐將稱量好的各種高純金屬分別進行凈化處理；A2、將步驟Al凈化處理好的狗均分為兩份，，每份狗與其他高純金屬按照i^e-Si-Cr、 Ni-Fe-B的組合分組進行熔配，得到兩組中間過渡合金；A3、將步驟A2得到的兩組中間過渡合金一起進行二次熔配，得到需要的母合金； 步驟B、應用單輥快速凝固裝置，將步驟A3得到的母合金制備成非晶態的中間層合金箔材。
全文摘要
本發明公開了一種用于TLP方法焊接Q235低碳鋼和316L不銹鋼的非晶態中間層合金及該非晶態中間層合金的制備方法，實施步驟是步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金A1、按原子百分比稱量好以下各種高純金屬總的百分比為100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余為Ni；再用硼酐分別進行凈化處理；A2、將Fe均分為兩份，按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的組合分組進行熔配，得到兩組中間過渡合金；A3、將步驟A2得到的兩組中間過渡合金兩在一起進行二次熔配，得到需要的母合金；步驟B、應用單輥快速凝固裝置，將步驟A3得到的母合金制備成非晶態的中間層合金箔材。本發明的非晶態中間層合金易于獲得單晶態的焊接接頭。
文檔編號C22C1/03GK102260809SQ20111018805
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者仝都喜, 徐錦鋒, 翟秋亞 申請人:西安理工大學