[发明专利]用于TLP焊接Q235钢和316L钢的中间层合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，本发明还涉及该种非晶态中间层合金的制备方法。

背景技术

Q235低碳钢和316L不锈钢被广泛应用于天然气输运和石油化工等领域。然而，由于不锈钢具有大的线膨胀系数和低的电导率，采用普通的熔化焊连接容易产生热裂纹、焊接变形以及焊接残余应力等缺陷，严重影响焊接结构质量。

瞬时液相扩散焊接方法(Transient Liquid-phase bonding，简称TLP焊接)，是将特定成分的中间层合金置于两待焊件之间，在焊接加热过程中，中间层合金熔化填缝，并在随后保温时由于降熔元素的扩散实现与母材的冶金接合，最终获得组织和成分与母材一致的焊接接头的高性能的连接方法。该法焊接温度低、压力小，自动化程度高，可用于常用焊接方法难以胜任的场合，具有广阔的应用前景。TLP焊接头性能主要与中间层合金成分及TLP焊工艺有关，但是，目前还没有合适的中间层合金，导致现有Q235低碳钢和316L不锈钢的TLP焊接性能不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，该种非晶态中间层合金具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性，而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的焊接接头。

本发明的另一目的在于提供一种上述非晶态中间层合金的制备方法。

本发明采用的技术方案是，一种用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。

本发明采用的另一技术方案是，一种权利要求1所述的非晶态中间层合金的制备方法，该方法按照以下步骤实施：

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：

A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；

A2、将步骤A1净化处理好的Fe均分为两份，，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；

A3、将步骤A2得到的两组中间过渡合金一起进行二次熔配，得到需要的母合金；

步骤B、应用单辊快速凝固装置，将步骤A3得到的母合金制备成非晶态的中间层合金箔材。

本发明的具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性等综合性能，而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得单晶态的焊接接头；非晶态中间层合金柔韧性能好，便于加工和装配；该中间层合金的制备方法步骤简单，容易操作，制作成本低，便于推广。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的用于TLP方法焊接Q235低碳钢和316L不锈钢的非晶态中间层合金，按原子百分比由以下组分组成：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。

本发明的非晶态中间层合金成分中，各组分及含量限定理由是：

为了提高低碳钢/不锈钢接头的综合力学性能，中间层主要元素选择Ni-Si-Cr-Fe-B系合金。主要原因有三点：由于Fe能够与Ni无限固溶，且镍为非碳化物形成元素，可避免金属间化合物的产生，316L不锈钢TLP焊用中间层合金选用Ni基合金。降熔元素选用原子半径较小、扩散速度较快的Si、B元素。Cr和Fe元素则是作为添加元素少量加入，旨在调节焊缝性能，使之与母材相匹配。

本发明前述的非晶态中间层合金的制备方法，按照以下步骤实施，

步骤A、利用超高真空电弧炉熔配母合金：

A1、按原子百分比称量好以下各种高纯金属：总的百分比为100％，其中Si 6.6％-7％、B 3％-6％、Fe 1％-2％、Cr 0.1％-1％、其余为Ni。所有各种高纯金属的纯度均高于99.99％；再用硼酐将称量好的各种高纯金属分别进行净化处理；

A2、将步骤A1净化处理好的Fe均分为两份，，每份Fe与其他高纯金属按照Fe-Si-Cr、Ni-Fe-B的组合分组进行熔配，得到两组中间过渡合金；