[发明专利]一种异质奥氏体不锈钢板材的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及异种钢焊接领域，具体地说是一种单相奥氏体不锈钢(HR-2)与沉淀强化奥氏体不锈钢(J75)异质板材(厚度2.0～5.0mm)的真空电子束焊接方法。

背景技术

HR-2是单相奥氏体不锈钢，钢中除主元素Fe、Cr、Ni、Mn外，还添加0.2～0.34wt.％的固溶强化元素N。该不锈钢通常在固溶状态下使用，其屈服强度(σ_0.2)≥350～400MPa、抗拉强度≥650～700MPa、延伸率≥45～55％、断面收缩率≥60～70％。J75是沉淀强化奥氏体不锈钢，通常在时效状态下使用，钢中除主元素Fe、Cr、Ni、Mo外，还添加了约2wt.％Ti和约0.3wt.％Al，时效过程中会析出的与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al，Ti)，从而使不锈钢获得高强度和良好塑性匹配，其屈服强度(σ_0.2)≥690～750MPa、抗拉强度≥980～1050MPa、延伸率≥22～25％、断面收缩率≥35～50％。

在航空、航天、化工及能源领域作为结构材料使用时，不可避免的遇到HR-2与J75不锈钢的连接问题。应提到的是，采用普通的熔化焊(如钨极氩弧焊)方法，由于其热输入大，接头的热影响区会很大，这会使J75不锈钢中析出的强化相γ′-Ni₃(Al，Ti)回溶，在热影响区形成明显的贫γ′区，显著降低接头强度；同时，也易于在接头中形成刀状腐蚀等缺陷。此外，由于HR-2中含N，易于在接头金属凝固时易形成气孔缺陷，造成接头性能下降，不能满足与HR-2接头等强的要求。电子束焊接属于高能束流焊接的一种，由于具有热输入小、能量集中、焊深焊宽比大、不需填充金属和坡口，同时造成材料热影响区小等优点，已经在诸多领域的材料和构件连接上获得了应用。选用电子束焊接进行HR-2与J75不锈钢的异质材料连接，可防接头中刀状腐蚀等缺陷的形成，有利于改善接头性能。但仍会在J75合金一侧形成一定的热影响区，从而致使强化相γ′-Ni₃(Al，Ti)回溶，在形成一定的贫γ′区，降低接头强度。同时，抑制接头中氮气孔的形成依然不容忽视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相奥氏体不锈钢(HR-2)与沉淀强化奥氏体不锈钢(J75)异质板材(厚度2.0～5.0mm)的真空电子束焊接方法，解决现有技术中存在的接头形成贫γ′区、易于造成氮气孔及接头强度低于单相HR-2不锈钢强度的问题。

本发明的技术方案是：

一种单相奥氏体不锈钢(HR-2)与沉淀强化奥氏体不锈钢(J75)异质板材的真空电子束焊接方法，其中HR-2不锈钢板材与J75不锈钢板材的厚度范围为2.0～5.0mm。

本发明的HR-2与J75不锈钢异质板材电子束焊接方法，采用：母材焊前处理→真空焊接室内装夹固定→焊接室抽真空→定位焊接→电子束单循环焊接(电子束采用偏转扫描)→焊后电子束散焦扫描焊缝的工艺路线。通过焊前处理，一方面可使母材对接紧密，防止焊缝凹陷；另一方面可去除母材表面的污渍，防止接头中的气孔和夹杂生成；通过焊缝前、中、后三点定位焊，防止焊接过程中母材错动；通过焊后电子束散焦焊缝扫描，使熔池和热影响区短时升温，以析出适量的γ′强化相，有效提高接头强度，具体步骤如下：

(1)HR-2不锈钢板与J75不锈钢板材对接面采用磨光处理，表面粗糙度为Ra0.8～3.2μm；

(2)将步骤(1)中磨光处理后的母材进行去污处理，处理时首先选用石油醚除油，随后采用酒精擦洗，该去污处理需在焊前10分钟～3小时内进行；

(3)将步骤(2)处理后的HR-2不锈钢板与J75不锈钢在焊接室内装夹固定，对接面采用紧配合并保持二块母材水平放置；

(4)关闭真空焊接室并抽真空，焊接时真空度为1×10^-3Pa～6×10^-2Pa；

(5)待焊接室达到步骤(4)所要求的真空度时，先进行焊缝的定位焊，定位焊采用点定位，位置分别在焊缝的前、中、后三处，定位焊工艺参数为：加速电压40～60KV，焊接电流1～4mA，聚焦电流1.8～2.5A，时间0.5～2s；

(6)将经步骤(5)定位焊后的板材进行正式焊接，焊接采用单循环焊接方式，焊接工艺参数为：加速电压40～60KV，焊接电流18～30mA，聚焦电流1.8～2.5A，电子束偏转振幅0.5～0.8mm，频率270～350Hz，焊接速度0.5～1.5m/min；