通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，包括以下步骤：1)对熔焊焊缝进行表面预处理，其中，熔焊焊缝的材质为钼或钼合金；2)将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚中，并将石墨粉压实；3)将盛有熔焊焊缝的坩埚放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，然后打磨熔焊焊缝的表面，完成通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝的强度，该方法能够有效的减少杂质氧元素对晶界结合强度的弱化作用，并能提高已脆化熔焊焊缝的强度。

【技术实现步骤摘要】
通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法
本专利技术属于焊接
，涉及一种通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法。
技术介绍
钼，熔点高(2610℃)、高温强度高、导热性好、耐高温腐蚀和中子吸收截面小等优点使其被广泛应用在航空、航天、核工业和军工领域。轧制态钼及其合金的抗拉强度一般在600-700MPa之间，但其焊接性较差，熔焊焊缝的抗拉强度只能达到轧制态的20-30％，导致焊缝在室温下发生明显的脆断。钼熔焊焊缝强度的降低主要由两方面原因引起：首先是钼的本征脆性，这与钼原子最外层电子排布有关，其次是杂质元素在晶界偏析引起的非本征脆性导致的晶界弱化，常见的杂质元素如氧，氮等，其中氧的影响最为显著，上述熔焊焊缝中存在的问题严重制约了钼及钼合金作为结构材料的应用进程，因此需要设计一种方法，该方法能够有效的减少杂质氧元素对晶界结合强度的弱化作用，并能提高已脆化熔焊焊缝的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，该方法能够有效的减少杂质氧元素对晶界结合强度的弱化作用，并能提高已脆化熔焊焊缝的强度。为达到上述目的，本专利技术所述的通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法包括以下步骤：1)对熔焊焊缝进行表面预处理，其中，熔焊焊缝的材质为钼或钼合金；2)将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚中，并将石墨粉压实；3)将盛有熔焊焊缝的坩埚放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，然后打磨熔焊焊缝的表面，完成通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝的强度。步骤1)中的熔焊焊缝为通过激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊得到的焊缝。步骤1)中熔焊焊缝的焊缝形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝，熔焊焊缝的材质为钼、钛锆钼合金、钼铼合金及合金元素不超过2wt.％或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金中的一种。步骤1)中焊缝表面预处理的具体操作为：打磨熔焊焊缝，再把打磨后的熔焊焊缝浸泡到丙酮溶液中进行超声清洗，其中，超声清洗的次数大于等于3，且每次超声清洗后更换丙酮溶液，每次清洗时间大于等于10min，然后将熔焊焊缝吹干。熔焊焊缝表面的预处理过程与熔焊焊缝放置到加热炉中进行加热之间的时间差小于等于30min。步骤2)中熔焊焊缝周围包裹的石墨粉厚度大于等于5mm，石墨粉的粒度大于等于5000目，压实后石墨粉的堆积密度不小于600kg/m3。步骤3)中惰性气体的纯度大于99.999％，加热时的最高温度为1100-1250℃，且在最高温度时的保温时间为100-200h，加热及保温过程中惰性气体的气体流量为0.1-1L/min。渗碳后熔焊焊缝中碳元素的含量为1.0wt.％-2wt.％。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法在具体操作时，将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚中，并将石墨粉压实，然后将坩埚放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，进入到焊缝中的碳元素以碳原子和碳化钼的形式存在于钼及钼合金的晶内和晶界处，碳原子对钼及钼合金具有固溶强化的作用，在钼及钼合金的晶界上析出的碳化钼能够阻碍形变过程中的裂纹扩展，提高晶界强度，最终能有效地提高钼及钼合金熔焊焊缝的抗拉强度，从而能够有效的减少杂质氧元素对晶界结合强度的弱化作用，并能提高已脆化熔焊焊缝的强度。附图说明图1为待焊试板的尺寸和焊接位置示意图；图2为渗碳用拉伸试样尺寸图；图3为渗碳用氧化铝陶瓷坩埚5的照片；图4为炉管7内抽真空-充氩气装置的示意图；图5为钼及钼合金熔焊焊缝固体渗碳装置的示意图；图6a为未渗碳熔焊接头横截面电子探针测量的位置图；图6b为渗碳150h熔焊接头横截面电子探针测量的位置图；图7为钼及钼合金激光焊焊缝拉伸强度与渗碳时间之间的关系图；图8为渗碳150h焊缝与退火150h焊缝的拉伸位移-拉伸强度曲线图。其中，1为氩气瓶、2为进气口软管、3为减压阀、4为进气口开关、5为坩埚、6为真空管式马弗炉、7为炉管、8为出气口开关、9为出气口软管、10为真空机械泵、11为烧杯。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：本专利技术所述的通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法包括以下步骤：1)对熔焊焊缝进行表面预处理，其中，熔焊焊缝的材质为钼或钼合金；2)将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚5中，并将石墨粉压实；3)将盛有熔焊焊缝的坩埚5放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，然后打磨熔焊焊缝的表面，完成通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝的强度。步骤1)中的熔焊焊缝为通过激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊得到的焊缝。步骤1)中熔焊焊缝的焊缝形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝，熔焊焊缝的材质为钼、钛锆钼合金、钼铼合金及合金元素不超过2wt.％或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金中的一种。步骤1)中焊缝表面预处理的具体操作为：打磨熔焊焊缝，再把打磨后的熔焊焊缝浸泡到丙酮溶液中进行超声清洗，其中，超声清洗的次数大于等于3，且每次超声清洗后更换丙酮溶液，每次清洗时间大于等于10min，然后将熔焊焊缝吹干。熔焊焊缝表面的预处理过程与熔焊焊缝放置到加热炉中进行加热之间的时间差小于等于30min。步骤2)中熔焊焊缝周围包裹的石墨粉厚度大于等于5mm，石墨粉的粒度大于等于5000目，压实后石墨粉的堆积密度不小于600kg/m3。步骤3)中惰性气体的纯度大于99.999％，加热时的最高温度为1100-1250℃，且在最高温度时的保温时间为100-200h，加热及保温过程中惰性气体的气体流量为0.1-1L/min。渗碳后熔焊焊缝中碳元素的含量为1.0wt.％-2wt.％。步骤4)中打磨渗碳熔焊焊缝的表面的深度为10-20μm之间，去除渗碳表面硬化层。实施例一以含0.25wt.％La2O3纳米颗粒弥散强化相的高性能钼合金板的激光焊接头为例，选用的焊接试板尺寸如图1所示，采用激光在图1所示的试板上进行直接焊接，熔深大于板厚，焊缝位置位于试板宽度方向的中心位置处，焊接方向为沿试板长度方向，在焊接后的试板上切取尺寸如图2所示的拉伸试样，取样位置为如图1所示的虚线区域，渗碳的主要操作流程为：1)将在图1所示的试板中切取的带有激光焊焊缝且尺寸满足图2所述的拉伸试样依次用240#、400#、800#、1200#砂纸进行打磨，再将打磨后的拉伸试样浸泡在丙酮溶液中，然后采用超声清洗至少三次，每次清洗后更换丙酮溶液，每次清洗时间不低于10min，最后将拉伸试样吹干备用，其中，图1及图2中各尺寸的单位均为mm；2)将清洗后的拉伸试样混同粒度为15000目的石墨粉放置在图3所示的氧化铝坩埚5中，放置具体过程如下：首先在坩埚5的底层均匀铺满一层不小于5mm厚度的石墨粉，石墨粉的堆积密度不小于600kg/m3，然后将拉伸试样水平放置到石墨粉上，最后再在拉伸试样上铺满一层厚度不小于5mm、堆积密度不小于600kg/m3的石墨粉，石墨粉以铺满坩埚5为准；3)将步骤2)中盛有石墨粉和拉伸试样的坩埚5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对熔焊焊缝进行表面预处理，其中，熔焊焊缝的材质为钼或钼合金；2)将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚(5)中，并将石墨粉压实；3)将盛有熔焊焊缝的坩埚(5)放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，然后打磨熔焊焊缝的表面，完成通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝的强度。

【技术特征摘要】
1.一种通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对熔焊焊缝进行表面预处理，其中，熔焊焊缝的材质为钼或钼合金；2)将熔焊焊缝埋入盛有石墨粉的坩埚(5)中，并将石墨粉压实；3)将盛有熔焊焊缝的坩埚(5)放置到惰性气体保护的加热炉中进行加热并保温，再随炉冷却至室温，完成熔焊焊缝的渗碳过程，然后打磨熔焊焊缝的表面，完成通过固体渗碳方式提高钼及钼合金熔焊焊缝的强度。2.根据权利要求1所述的通过固体渗碳的方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，其特征在于，步骤1)中的熔焊焊缝为通过激光焊、激光电弧复合焊、电子束焊、等离子弧焊或氩弧焊得到的焊缝。3.根据权利要求1所述的通过固体渗碳的方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，其特征在于，步骤1)中熔焊焊缝的焊缝形式为对接焊缝、搭接焊缝、T型焊缝或角焊缝，熔焊焊缝的材质为钼、钛锆钼合金、钼铼合金及合金元素不超过2wt.％或第二相掺杂相含量不超过2wt.％的钼合金中的一种。4.根据权利要求1所述的通过固体渗碳的方式提高钼及钼合金熔焊焊缝强度的方法，其特征在于，步骤1)中焊缝表面预处理的具体操作为：打磨熔焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，张林杰，宁杰，龙健，王祥，李森，孙旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61