一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，属于异质金属激光焊接技术领域。本发明专利技术将铌钨合金、Cu中间层和镍基高温合金顺次对接并固定，使所述Cu中间层的上端高于两侧母材，下端低于两侧母材；以所述Cu中间层的中心为0mm位置，激光束向铌钨合金侧偏移0.2～0.3mm入射，在惰性气体保护下进行激光焊接，所述激光焊接过程中控制激光热源的热输入量使所述Cu中间层全部熔化，且两侧母材金属均有部分熔化。采用本发明专利技术的激光焊接方法不仅能够解决铌钨合金与镍基高温合金异质接头激光焊接后立即开裂的问题，还可以获得良好的接头抗拉强度。好的接头抗拉强度。好的接头抗拉强度。

【技术实现步骤摘要】
一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法


[0001]本专利技术涉及异质金属激光焊接
，尤其涉及一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法。

技术介绍

[0002]铌钨合金具有较好的室温塑性、深加工性能和焊接性能，较高的高温强度。我国研制的Nb521铌钨合金(Nb
‑
5W
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2Mo
‑
1Zr)在双元液体火箭发动机推力室身部的制造中被广泛应用。随着型号研制的需用，Nb521铌钨合金在我国航天领域的使用更加广阔，不但在双元液体火箭发动机上使用，在其它高速飞行器某些高温部件也开始使用。
[0003]镍基高温合金是目前在航空领域应用较为广泛的一种高温合金，其是以钨、钼固溶强化并用硼、铈、锆强化晶界的镍基合金，具有高的塑性，较高的持久蠕变强度以及良好的抗氧化性和冲压、焊接等性能，适合于制造在950℃下长期工作的航空发动机的燃烧室火焰筒、加力燃烧室壳体、调节片及其他高温零部件。
[0004]随着航空航天高温结构材料的使用温度越来越高，铌钨合金的用量也相应的提高，与其它耐高温金属的异质连接需求也日益增多。钨铌合金与镍基高温合金的连接有着重要的实际意义，它不仅可以有效地降低零件的成本及重量，而且还可以提高零件的使用温度和使用寿命。
[0005]实现铌钨合金与镍基高温合金高性能异质连接，可以拓展服役结构设计空间。激光焊能量密度高、热输入小、不需要真空室，是异质接头首选熔焊方法。但直接激光焊接“铌钨/镍基高温合金”接头，焊缝区易生成脆性相，导致焊后立即开裂。
[0006]哈尔滨工业大学的Zhang等人采用电子束焊接Nb
‑
GH3128，发现裂纹是Nb
‑
GH3128电子束焊接头的主要问题，在Nb一侧的熔合线附近由Ni6Nb7/LaCues相组成的脆性反应层，是引发沿反应层开裂的关键因素。采用光束偏移向GH3128一侧焊接获得了无裂纹的接头，接头室温抗拉强度最高约为163MPa，约为Nb母材的65％，断口为明显的脆性断裂(ZhangG,Chen G,CaoH,etal.Electronbeamoffsetweldingtoamelioratemetallurgical compatibilityandmechanicalperformanceofrefractorymetal/Ni
‑
basesuperalloy dissimilaralloys:Nb/GH3128[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2022,840:142966.)。采用该方式焊接虽然得到了无裂纹的焊接接头，但是所得的接头抗拉强度较低，仅为163Mpa，难以满足工业需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，不仅能够解决铌钨合金与镍基高温合金异质接头激光焊接后立即开裂的问题，还可以获得良好的接头抗拉强度。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，包括以下
步骤：
[0010]将铌钨合金、Cu中间层和镍基高温合金顺次对接并固定，使所述Cu中间层的上端高于两侧母材，下端低于两侧母材；
[0011]以所述Cu中间层的中心为0mm位置，激光束向铌钨合金侧偏移0.2～0.3mm入射，在惰性气体保护下进行激光焊接；所述激光焊接过程中控制激光热源的热输入量使所述Cu中间层全部熔化，且两侧母材金属均有部分熔化。
[0012]优选的，所述Cu中间层的上端高于两侧母材上表面0.5～0.75mm，下端低于两侧母材下表面0.25～0.5mm。
[0013]优选的，所述Cu中间层的厚度为0.5mm。
[0014]优选的，所述激光焊接的离焦量为
‑
2～0mm。
[0015]优选的，所述激光焊接的功率为3500～4500W，焊接速度为35～45mm/s。
[0016]优选的，所述铌钨合金包括Nb521合金。
[0017]优选的，所述镍基高温合金包括GH3128合金。
[0018]优选的，所述激光焊接前持续通入惰性气体排出焊接装置中的空气；所述激光焊接后继续通入惰性气体。
[0019]优选的，所述激光焊接前、激光焊接过程中和激光焊接后惰性气体的流量为15～20L/min。
[0020]优选的，所述惰性气体包括氩气。
[0021]本专利技术提供了一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，包括以下步骤：将铌钨合金、Cu中间层和镍基高温合金顺次对接并固定，使所述Cu中间层的上端高于两侧母材，下端低于两侧母材；以所述Cu中间层的中心为0mm位置，激光束向铌钨合金侧偏移0.2～0.3mm入射，在惰性气体保护下进行激光焊接，所述激光焊接过程中控制激光热源的热输入量使所述Cu中间层全部熔化，且两侧母材金属均有部分熔化。
[0022]本专利技术通过在两侧母材异质金属之间加入Cu中间层的方式进行激光焊接，由于Cu与Nb、Cu与Ni均无限互溶，起到了稀释熔池并阻碍Nb和Ni直接接触的作用，避免了产生Nb和Ni的金属间化合物，此外，相对于两侧母材，Cu的密度较大，在熔化过程中由于重力的作用会更倾向于向下流动，易产生咬边
，
本专利技术通过控制Cu中间层上端高于两侧母材，下端低于两侧母材，可以保证两侧熔融母材不会直接接触反应生成金属间化合物并避免焊缝产生咬边缺陷，从而形成无裂纹，成形良好的焊缝。再者，Cu为高反射材料，且铌钨合金为难熔金属，其熔点远高于Cu和镍基高温合金，本专利技术控制激光束向铌钨合金侧偏移0.2～0.3mm，可保证Cu中间层全部熔化，两侧金属部分熔化，两侧熔融母材进入Cu焊缝，起到固溶强化的作用，进而提高接头强度。
[0023]实施例的结果表明，本专利技术实现了铌钨合金与镍基高温合金异种接头的固相连接，并可以获得外观良好，一致性好的焊缝，消除了焊接裂纹，并显著提高了机械性能，针对Nb521合金与GH3128合金的焊接，接头抗拉强度可以达到370～389Mpa。
附图说明
[0024]图1为实施例1对接后Cu中间层高度高出两侧母材0.5mm示意图；
[0025]图2为实施例1焊缝的宏观形貌图；
[0026]图3为实施例1焊缝的截面形貌图；
[0027]图4为对比例1没有添加Cu中间层焊接后直接开裂的宏观形貌图；
[0028]图5为实施例1接头的抗拉强度与拉伸位移之间的关系曲线；
[0029]图6为对比例2对接后Cu中间层高度与两侧母材平齐示意图；
[0030]图7为对比例2焊缝的宏观形貌图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，包括以下步骤：
[0032]将铌钨合金、Cu中间层和镍基高温合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌钨合金与镍基高温合金异质接头的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：将铌钨合金、Cu中间层和镍基高温合金顺次对接并固定，使所述Cu中间层的上端高于两侧母材，下端低于两侧母材；以所述Cu中间层的中心为0mm位置，激光束向铌钨合金侧偏移0.2～0.3mm入射，在惰性气体保护下进行激光焊接；所述激光焊接过程中控制激光热源的热输入量使所述Cu中间层全部熔化，且两侧母材金属均有部分熔化。2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述Cu中间层的上端高于两侧母材上表面0.5～0.75mm，下端低于两侧母材下表面0.25～0.5mm。3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述Cu中间层的厚度为0.5mm。4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接的离焦量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜旺，宁杰，龙健，张林杰，罗锡柱，罗文，赵刚，李树荣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：