本发明专利技术公开了一种应用于电阻点焊钽Ta1和Q235钢的中间层合金及其制备方法，该中间层合金，由以下原子百分比的组份组成：Ta 5％～10％，Fe 5％～10％，Ni 20％～25％，Cr 15％～23％，Cu 15％～22％，Co 20％～25％，合计为100％。在待焊Ta1与Q235板材之间放置一定厚度的中间层合金箔材，采用电阻点焊方式进行焊接操作，使得界面电阻热熔化中间层合金及局部母材，实现Ta1/Q235的高性能焊接。本发明专利技术的方法及其中间层合金，在焊接时与钽及不锈钢的匹配性好、熔核为单相Fcc固溶体组织，接头综合力学性能显著提高，该中间层合金箔材的制备方法，工艺简单，成本低。
An Interlayer Alloy for Resistance Spot Welding Tantalum Ta1 and Q235 Steel and Its Preparation Method
The invention discloses an intermediate layer alloy for resistance spot welding tantalum Ta1 and Q235 steel and its preparation method. The intermediate layer alloy consists of the following atomic percentage components: Ta 5%-10%, Fe 5%-10%, Ni 20%-25%, Cr 15%-23%, Cu 15%-22%, Co 20%-25%, totally 100%. A certain thickness of interlayer alloy foil is placed between Ta1 and Q235 plates to be welded. Resistance spot welding is used to weld the interfacial resistance to melt the interlayer alloy and the local base metal, thus realizing high performance welding of Ta1/Q235. The method and the intermediate layer alloy of the invention have good matching with tantalum and stainless steel during welding, single phase Fcc solid solution structure with nugget, and remarkable improvement of comprehensive mechanical properties of the joint. The preparation method of the intermediate layer alloy foil is simple in process and low in cost.
【技术实现步骤摘要】
一种应用于电阻点焊钽Ta1和Q235钢的中间层合金及其制备方法
本专利技术属于焊接
，具体涉及一种应用于电阻点焊钽Ta1和Q235钢的中间层合金及其制备方法。
技术介绍
钽金属具有高密度、高熔点、耐腐蚀、良好的加工性能等优点，在电子、化工、航空航天等领域应用广泛，但其价格昂贵，限制了其进一步的发展应用。钢的价格低廉，具有良好的热电性能及力学性能。工程中常用钽-钢复合结构，既能充分发挥基层和覆层各自材料的优点，也是节约贵金属最好的途径，在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面具有明显的社会效应和经济效应，具有广阔的应用前景。然而，钽-钢复合结构的应用势必涉及到钽与钢的焊接问题。由于钽与钢的线膨胀系数、热导率等物理和化学性能存在较大差异，焊接过程中极易形成裂纹，焊缝形成大量硬脆的金属间化合物(FeTa、FeTa2、Cr2Ta)，接头强度较低。目前，用于钽/钢焊接的主要方法是熔化焊(包括电子束焊和钨极氩弧焊)、压力焊(包括扩散焊和爆炸焊)和钎焊，这几种方法均能将钽/钢焊在一起，但上述方法或因焊接工艺很难控制或因焊缝产生金属间化合物导致接头力学性能不佳，而使其不能广泛应用于工业生产。现有的电容储能放电焊是一种快速凝固连接方法，该法焊接热能集中，热循环时间极短，接头冷却速率高达106k/s，特别适于异种金属的连接，进而避免焊缝金属间化合物的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可应用于电阻点焊钽Ta1与Q235钢的中间层合金及其制备方法，解决了现有焊接方法易形成硬脆的金属间化合物，不易获得高性能的钽-钢复合结构的焊接难题。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金，由以下原子百分比的组份组成：Ta5％～10％，Fe5％～10％，Ni20％～25％，Cr15％～23％，Cu15％～22％，Co20％～25％，合计为100％。一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金的制备方法，包括如下步骤：步骤1、利用真空电弧炉熔配母合金；1.1按照以下组分的原子百分比配制，Ta为5％～10％，Fe为5％～10％，Ni为20％～25％，Cr为15％～23％，Cu为15％～22％，Co为20％～25％，合计为100％；将高熵中间层合金组分的原子百分比换算成质量百分比，按质量百分比称量好各种高纯金属，混匀、压实成坯待用；1.2将步骤1.1制成的坯料在超高真空电弧炉中进行熔配，制得母合金；步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-7m/s，将步骤1.2得到的母合金制备成中间层合金箔材，即成。一种钽/钢快速凝固焊接的方法，包括如下步骤：步骤1、将待焊钽/钢板进行搭接装配；将需要焊接的两块待焊板材，分别是Ta1板材与Q235板材，以及高熵中间层合金用酒精进行超声波清洗，然后对焊接部位进行搭接装配，搭接区域中心部位位于储能焊机的上电极和下电极的轴线上；步骤2、加压；调节加压装置，通过储能焊机上下电极向待焊材料施加预定压力；步骤3、进行焊接操作；3.1)储能焊机的工作参数设置为：焊接电压U＝900-1100V，焊接压力F＝20-40kN，电容C＝500-2000μF；3.2)先给储能焊机供电，然后合上焊接电路开关，同时将三向开关接通电容器充电位置，给电容器充电；3.3)将三向开关接通电容器放电位置，电容器放电，上电极和下电极瞬间完成钽与钢的焊接，即成。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法及其中间层合金，在焊接时与钽及不锈钢的匹配性好、熔核为单相Fcc固溶体组织，接头综合机械性能显著提高，该中间层合金箔材的制备方法，工艺简单，成本低。附图说明图1为本专利技术所采用的焊接装置结构示意图；图中，1.Ta1钽，2.Q235钢，3.上电极，4.下电极，5.熔核，6.高熵中间层合金。图2为本专利技术所采用的焊接装置中储能点焊机电路结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。本专利技术应用于高熵效应焊接Ta1/Q235钢的高熵中间层合金，由以下组份按原子百分比组成：Ta为5％～10％，Fe为5％～10％，Ni为20％～25％，Cr为15％～23％，Cu为15％～22％，Co为20％～25％，合计为100％。该高熵中间层合金本身为高熵合金，和传统钎料有所不同，焊后所形成的焊缝亦为高熵合金，只是焊缝中的Fe的含量明显高于高熵中间层合金初始值，该高熵中间层合金形成的焊缝基本上消除了脆性金属间化合物，接头力学性能较高。本专利技术的高熵中间层合金成分中各元素的组成及含量限定理由是：为了提高Ta1/Q235接头的综合力学性能，高熵中间层合金的选择为Ta-Fe-Cr-Ni-Cu-Co六主元合金系。主要原因有两点：①焊接过程中母材熔化并向中间层熔化形成的液态熔池中溶解不可避免，但由于焊接过程极短且母材Ta熔点较高，焊接过程中来不及将Ta熔化，因此为预防焊缝形成脆性金属间化合物，中间层须含有Ta、Fe、Cr、Ni、Cu等主元；②通过在合金中添加Co元素，形成高熵合金，改善焊缝与Ta母材的熔合性。一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金的制备方法，包括如下步骤：步骤1、利用真空电弧炉熔配母合金；1.1将高熵中间层合金组分的原子百分比换算成质量百分比，按质量百分比称量好各种高纯金属，所有各种高纯金属的纯度均高于99.99％，将各个组分混匀、压实成坯待用；1.2将步骤1.1制成的坯料在超高真空电弧炉中进行熔配，制得母合金；步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-7m/s，将步骤1.2得到的母合金制备成高熵中间层合金箔材，所制备得到的高熵中间层合金箔材厚度为80～150μm，宽5～10mm，长0.3～0.8m。本专利技术的应用高熵效应焊接Ta1/Q235的方法，该方法的工作原理是：在两块待焊板材(分别是Ta1板材与Q235板材)之间放置一定厚度的经过严格成分设定的高熵中间层合金，电阻点焊过程中，界面电阻热熔化高熵中间层合金及局部母材，熔化金属相混融，其熔融金属处在高熵合金成分范围，凝固后形成具有单相固溶体结构，而无金属间化合物产生的高熵合金焊缝(熔核)，实现Ta1/Q235的高性能焊接。利用上述制备的高熵合金中间层箔材焊接Ta1/Q235板材，装配时先将折叠箔材(将高熵中间层合金箔材折叠成复层，具体层数视箔材厚度和接头间隙大小而定)置于待焊Ta1/Q235板材之间，然后按照常规点焊方法对装配好了的接触部位进行焊接，与现有点焊工艺操作条件相似，工艺简单，操作方便。采用快速凝固焊接装置，其包括机械部分和电路部分。所述机械部分的结构是，包括储能焊机的上电极3、下电极4以及加压装置。本专利技术所采用的是直流储能焊机，由于所焊接材料物理化学性能差较大，因此本专利技术所采用的电极规格为：以导电率较高的纯铜作为Ta1侧电极，且采用小直径电极，补偿其因熔点过高所需的热量；以导电率较低的铍青铜作为Q235侧电极，且采用大直径电极，以降低其在焊后的冷却速度。所述电路部分的结构是，交流电源与可调变压器T的输入端连接，可调变压器T的输入端还连接有总电源开关SB和电阻R1串联构成的支路；可调变压器T的输出端与桥式整流器ZLQ的两个输入端连接，桥式整流器ZLQ的两个输出端之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金，其特征在于，由以下原子百分比的组份组成：Ta 5％～10％，Fe 5％～10％，Ni 20％～25％，Cr 15％～23％，Cu 15％～22％，Co 20％～25％，合计为100％。
【技术特征摘要】
1.一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金，其特征在于，由以下原子百分比的组份组成：Ta5％～10％，Fe5％～10％，Ni20％～25％，Cr15％～23％，Cu15％～22％，Co20％～25％，合计为100％。2.一种应用于电阻点焊钽Ta1/Q235钢的中间层合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、利用真空电弧炉熔配母合金1.1按照以下组分的原子百分比配制，Ta为5％～10％，Fe为5％～10％，Ni为20％～25％，Cr为15％～23％，Cu为15％～22％，Co为20％～25％，合计为100％，按质量百分比称量好各种高纯金属，混匀、压实成坯待用；1.2将步骤1.1制成的坯料在超高真空电弧炉中进行熔配，制成母合金；步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-7m/s，将步骤1.2得到的母...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦锋，翟秋亚，杨全虎，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。