一种添加钽元素的激光焊接方法技术

一种添加钽元素的激光焊接方法，（一）、分类处理：根据添加的钽元素进行分类，钽元素的添加为以钽粉的形式或钽元素薄片的形式，根据钽元素薄片的不同厚度，分成0.01‑0.05mm厚与0.06‑0.1mm厚两类；（二）、针对钽粉或钽元素薄片进行相应的操作：（三）、焊接工艺：激光功率6‑10kW、焊接速度1.5‑3.5m/min、离焦量为0‑（‑3）mm、正面保护气流量15‑25L/min、背面保护气流量25‑30L/min。焊接过程稳定，在保护气作用下的焊缝正背表面光亮、平整、光滑，鱼鳞纹清晰可见，无焊接缺陷，最终获得钽元素合理分配的，均匀分布的、高质量、高效率的焊接接头，提高了材料的抗辐照性能、降低了韧脆转变温度、改善了室温拉伸性能以及高温蠕变寿命。

A laser welding method of adding tantalum

【技术实现步骤摘要】
一种添加钽元素的激光焊接方法
：本专利技术专利涉及航空航天、核电等行业领域中添加钽元素激光焊接应用，尤其以薄片方式添加钽元素的激光焊接，属于材料加工

技术介绍
：在航空航天、核电等行业领域中，普通合金钢往往不能满足对性能有特殊要求的位置，在原有钢种上通过外界方式添加特殊合金元素成为一种可行方式。钽相比其他材料更能经受高温和矿物酸的腐蚀，可作为飞机、导弹、火箭、核反应堆的耐热高强度材料。钽元素与碳、氮的亲和能力大，能与碳和氮生成碳化物、氮化物或碳氮化物，这些析出相非常的细小，为纳米级别，均匀弥散分布于晶粒内，是钢中的主要强化相，由于细晶强化和弥散强化作用，在提高钢的抗辐照性能同时降低其韧脆转变温度，改善室温拉伸性能，显著提高耐热钢的蠕变寿命。但由于激光焊接过程中焊接接头较窄，过多的钽元素的加入使焊接接头的合金元素含量急剧增加，导致焊后焊接接头性能大幅下降，所以钽元素的添加量和方式必须得到有效控制，查阅国内外现有激光焊接方法的相关文献，未发现以本申请方式添加钽元素的激光焊接方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种添加钽元素的激光焊接方法，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：一种添加钽元素的激光焊接方法，其特征在于：该方法按如下工艺步骤依次展开：(一)、分类处理：根据添加的钽元素进行分类，钽元素的添加为以钽粉的形式或钽元素薄片的形式，根据钽元素薄片的不同厚度，分成0.01-0.05mm厚与0.06-0.1mm厚两类；(二)、针对钽粉或钽元素薄片进行相应的操作：2.1、钽元素薄片：2.1.1、试板(A)上钽元素薄片位置的加工：对于0.06-0.1mm厚度薄片，在两侧试板(A)对接面加工出所需厚度与宽度的供钽薄片(C)添加的空间(2)，对于0.01-0.05mm厚度薄片，焊接时直接采用工装夹紧即可；2.1.2、薄片放置：对于0.06-0.1mm厚度薄片，将薄片放置在加工后的薄片添加空间(2)内，对接后夹紧，对于0.01-0.05mm厚度薄片，将薄片放置在对接面需添位置夹紧即可；2.2、钽粉：2.2.1、试板接头形式为矩形坡口对接，板厚(H)：矩形坡口深度(K)＝2.5～3.5:1；矩形坡口宽度(J)：板厚(H)＝6～8：100；本实施例中选择针对板厚(H)10mmCLF-1(核电用钢)钢板，坡口钝边高度(I)为6.5mm，矩形坡口宽度(J)为0.7mm、深度(K)3.5mm(板厚(H)：矩形坡口深度(K)≈3:1)，焊缝背部采用激光点焊固定；2.2.2、选用粒度为Φ50μm的球状钽粉(买的成品，厂家是西安欧，是纯钽)用酒精稀释后(稀释到不掉粉的状态，酒精是用买来的成品工业酒精)填充于矩形坡口内部，将整体放入加热炉中加热，钽粉中的酒精蒸发后，固化于矩形坡口内；(三)、焊接工艺：激光功率6-10kW、焊接速度1.5-3.5m/min、离焦量为0-(-3)mm、正面保护气流量15-25L/min、背面保护气流量25-30L/min。针对2.2.2步骤的焊接中：严格控制焊接工艺参数，使激光束线能量密度足够穿透试板，钽粉通过激光束在熔池中的搅拌作用，均匀分布于焊缝金属中，从而抑制脆性相生成和晶粒长大，达到细晶强化作用；2.1.1步骤中加工出所需厚度与宽度的供钽薄片(C)添加的空间(2)之前，先在对接件待焊面(B)两侧需要添加钽片以外位置(1)粘贴多层纸质胶带。在两侧试板(A)对接面未粘贴纸质胶带位置上通过采用适当大小的锉刀手工加工出所需厚度与宽度的供钽薄片(C)添加的空间(2)。2.1.2步骤薄片放置之前进行焊前清理，对钽薄片及对接面进行擦拭清理，去除可能影响焊接质量的油污等杂质，再经压缩空气吹干。用清洁布沾取丙酮进行清理。2.1步骤中，两个待焊接件的两待焊面之间添加钽片后采用夹具将待焊接件及钽元素薄片夹紧，保证接触面预紧力在10-50N之间。2.2步骤中矩形坡口对接接头采用夹具夹紧，保证接触面预紧力在10-50N之间。2.2步骤中，钽粉采用酒精稀释填充至矩形坡口内部，用压板将稀释的粉末压平压实(保证钽粉在焊接过程中不受保护气作用而吹落)，增加粉末致密度，便于钽粉固化于坡口内，防止钽粉在焊接过程中受保护气作用而吹落。焊接工艺中，激光加工头光斑直径0.3mm，正背面保护气均采用99.999％纯氩气。因矩形坡口内由钽粉填充，是一种非常简便的合金元素添加方式。对于CLF-1钢添加钽粉，可细化晶粒、防止脆硬相形成及提高焊接接头的综合性能。优点效果：一种添加钽元素的激光焊接方法本专利技术采用的技术方案是：按如下工艺步骤依次展开：分类处理：根据添加的钽元素薄片的不同厚度，分成0.01-0.05mm与0.06-0.1mm两类；薄片位置加工：对于0.06-0.1mm厚度薄片，在对接件待焊面两侧需要添加钽片以外位置粘贴多层纸质胶带，在两侧对接面未粘贴纸质胶带位置上通过采用适当大小的锉刀手工加工出所需厚度与宽度的钽薄片添加空间，以满足激光对接焊间隙要求，保证焊接过程稳定，对于0.01-0.05mm厚度薄片不需另外加工，焊接时采用工装夹紧即可；焊前清理：用清洁布沾取适量丙酮对钽薄片及对接面进行擦拭清理，去除可能影响焊接质量的油污等杂质，再经压缩空气吹干。薄片放置：对于0.06-0.1mm厚度薄片，将薄片放置在加工后的薄片添加空间内，对接后夹紧，对于0.01-0.05mm厚度薄片，将薄片放置在对接面需添位置加夹紧即可；钽粉：a)接头形式为矩形坡口对接，针对板厚(H)10mmCLF-1(核电用钢)钢板，坡口钝边高度(I)为6.5mm，矩形坡口宽度(J)为0.7mm、深度(K)3.5mm(板厚：矩形坡口深度≈3:1)，焊缝背部采用激光点焊固定；b)选用粒度为Φ50μm的球状钽粉用酒精稀释后填充于矩形坡口内部，将整体放入加热炉中加热，钽粉中的酒精蒸发后，固化于矩形坡口内；c)激光焊接工艺参数如下：激光功率9-10kW、焊接速度1.5-3.5m/min、离焦量为0-(-3)mm、正部保护气流量15-25L/min、背部保护气流量25-30L/min；d)严格控制焊接工艺参数，使激光束线能量密度足够穿透试板，钽粉通过激光束在熔池中的搅拌作用，均匀分布于焊缝金属中，从而抑制脆性相生成和晶粒长大，达到细晶强化作用；矩形坡口对接接头采用夹具夹紧，保证接触面预紧力在10-50N之间。钽粉采用酒精稀释填充至矩形坡口内部，用压板将稀释的粉末压平压实，增加粉末致密度，便于钽粉固化于坡口内，防止钽粉在焊接过程中受保护气作用而吹落。激光加工头光斑直径0.3mm，正背面保护气均采用99.999％纯氩气。因矩形坡口内由钽粉填充，是一种非常简便的合金元素添加方式。对于CLF-1钢添加钽粉，可细化晶粒、防止脆硬相形成及提高焊接接头的综合性能。焊接工艺：激光功率6-10kW、焊接速度1.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种添加钽元素的激光焊接方法，其特征在于：该方法按如下工艺步骤依次展开：/n(一)、分类处理：根据添加的钽元素进行分类，钽元素的添加为以钽粉的形式或钽元素薄片的形式，根据钽元素薄片的不同厚度，分成0.01-0.05mm厚与0.06-0.1mm厚两类；/n(二)、针对钽粉或钽元素薄片进行相应的操作：/n2.1、钽元素薄片：/n2.1.1、试板(A)上钽元素薄片位置的加工：对于0.06-0.1mm厚度薄片，在两侧试板(A)对接面加工出所需厚度与宽度的供钽薄片(C)添加的空间(2)，对于0.01-0.05mm厚度薄片，焊接时直接采用工装夹紧即可；/n2.1.2、薄片放置：对于0.06-0.1mm厚度薄片，将薄片放置在加工后的薄片添加空间(2)内，对接后夹紧，对于0.01-0.05mm厚度薄片，将薄片放置在对接面需添位置夹紧即可；/n2.2、钽粉：/n2.2.1、试板接头形式为矩形坡口对接，板厚(H)：矩形坡口深度(K)＝2.5～3.5:1；矩形坡口宽度(J)：板厚(H)＝6～8：100；/n2.2.2、选用粒度为Φ50μm的球状钽粉用酒精稀释后填充于矩形坡口内部，将整体放入加热炉中加热，钽粉中的酒精蒸发后，固化于矩形坡口内；/n(三)、焊接工艺：激光功率6-10kW、焊接速度1.5-3.5m/min、离焦量为0-(-3)mm、正面保护气流量15-25L/min、背面保护气流量25-30L/min。/n...

【技术特征摘要】
20190319 CN 2019102059498;20190319 CN 2019102065511.一种添加钽元素的激光焊接方法，其特征在于：该方法按如下工艺步骤依次展开：
(一)、分类处理：根据添加的钽元素进行分类，钽元素的添加为以钽粉的形式或钽元素薄片的形式，根据钽元素薄片的不同厚度，分成0.01-0.05mm厚与0.06-0.1mm厚两类；
(二)、针对钽粉或钽元素薄片进行相应的操作：
2.1、钽元素薄片：
2.1.1、试板(A)上钽元素薄片位置的加工：对于0.06-0.1mm厚度薄片，在两侧试板(A)对接面加工出所需厚度与宽度的供钽薄片(C)添加的空间(2)，对于0.01-0.05mm厚度薄片，焊接时直接采用工装夹紧即可；
2.1.2、薄片放置：对于0.06-0.1mm厚度薄片，将薄片放置在加工后的薄片添加空间(2)内，对接后夹紧，对于0.01-0.05mm厚度薄片，将薄片放置在对接面需添位置夹紧即可；
2.2、钽粉：
2.2.1、试板接头形式为矩形坡口对接，板厚(H)：矩形坡口深度(K)＝2.5～3.5:1；矩形坡口宽度(J)：板厚(H)＝6～8：100；
2.2.2、选用粒度为Φ50μm的球状钽粉用酒精稀释后填充于矩形坡口内部，将整体放入加热炉中加热，钽粉中的酒精蒸发后，固化于矩形坡口内；
(三)、焊接工艺：激光功率6-10kW、焊接速度1.5-3.5m/min、离焦量为0-(-3)mm、正面保护气流量15-25L/min、背面保护气流量25-30L/min。


2...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国建，王文博，井志成，张国瑜，苏允海，郑文涛，曲迎东，王蔚，于宝义，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21