[发明专利]一种用于ODS合金的超声电弧焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及ODS合金的电弧焊接，特指一种用于ODS合金的超声电弧焊接方法。

背景技术

ODS合金是采用机械合金化方法制造的氧化物弥散强化（Oxide dispersion strengthened，ODS）高温合金，具有高温力学性能、高温抗氧化和抗腐蚀性能好的综合优势，目前在航空、航天和核能领域等具有耐高温要求的零部件中得到广泛的应用，由于机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程，因此ODS合金制备过程中往往发生粒子的细化，并引入缺陷，使材料中残留的隔离小孔隙难以消除，成为残留孔洞。在熔化焊过程中，这些孔洞会造成熔池中金属流动不规则，快速冷却凝固过程中容易形成气孔，同时，ODS合金处于冶金不平衡状态，用常规熔化焊方法进行焊接比较困难，容易产生焊缝晶粒粗大的问题等，严重破坏了材料原先的组织和性能，因此从根本上提高焊缝金属的性能，就必须细化晶粒、减少气孔。

在已有技术中，申请号为201010123736.X公开号为CN101797659A的“基于交流电弧激发超声的铝合金及铝基复合材料焊接”主要针对铝合金及铝基复合材料，采用交流电弧进行焊接，利用RC高通滤波器实现超声激励电流和焊接电流的耦合，但由于ODS合金是采用直流电弧进行焊接，因此在超声激励回路中需加入隔直电容进行电隔离，防止直流电击坏超声激励源；同时由于ODS合金的制备方法决定了焊接过程中需要对进入焊接电流的超声激励电流能实时控制，因此在超声激励回路中还需要加入变阻器，以用于实时调节加载到电弧中的超声激励电压和电流的大小。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于ODS合金熔化焊的新方法—ODS合金的超声电弧焊接方法，其原理是在常规ODS合金电弧焊接工艺中，通过与常规的弧焊电源并联耦合超声激励电源的方法，使超声波交变信号耦合进焊接电弧，从而将超声波引入到熔化焊电弧中，使电弧即作为产热机构，同时又作为超声发射机构，发射出的超声波作用于ODS合金的焊接熔池，利用超声波来去除焊缝中的气体并细化焊缝组织，从而提高ODS合金焊缝接头的力学性能。

本发明提出的ODS合金的电弧超声焊接方法，包括以下步骤：

（1）将电弧超声激励发生源以并联的方式与弧焊电源相连接，使得超声频交变电信号耦合进焊接电弧；利用串联进超声激励回路的隔直电容进行电隔离，以保护超声激励源；同时在超声激励回路串联一个变阻器用于调节加载到电弧中的超声激励电压和电流的大小；

隔直电容电容值的选择：由于ODS合金采用直流电进行焊接，且焊接电流较大（通常为60~150Ａ），为有效保护超声激励源，防止其被焊接电流击坏，隔直电容电容值应适当选大一点；但又由于超声激励电流较小（最大为30A），为保证超声激励电流能与焊接电流进行有效耦合，电容值又不能太大，因此，在本发明中选用隔直电容电容值为40~100PF。

变阻器阻值范围的选择：由于超声激励电流较小，因此只需要选用小阻值的变阻器即可，在本发明中选用变阻器的阻值范围为0~200Ω。

（2）焊接起弧后再接通超声激励电源，选择占空比为50%的方波激励源，激励频率为28~80KHz，其优选为30KHz，激励电流为0~30A，通过对焊接电弧的高频调制实现交变电信号到超声波的能量转换；

（3）在实现超声波与焊接电弧耦合后，选用常规TIG焊接方法对ODS合金进行焊接。

附图说明

图1是MGH956合金常规TIG焊的焊缝截面图和显微组织图；

（a）焊缝截面；（b）焊缝显微组织；

图2是本发明方法的原理示意图；

图中：1—焊接电源；2—超声激励电源；3—电弧； 4—工件；5—变阻器；6—隔直流电容；7—电流表；8—电压表；

图3是MGH956合金电弧超声TIG焊焊缝截面图，图中a、b、c、d图分别施加5A、10A、20A、和30A超声激励电流；

图4是MGH956合金电弧超声TIG焊焊缝显微组织图，图中a、b、c图分别施加10A、20A、和30A超声激励电流。

具体实施方式

被焊材料选用MGH956合金，MGH956合金是众多ODS高温合金中的一种典型材料，该合金采用超细超稳定的氧化物颗粒（Y₂O₃）对基体进行强化，具有高温力学性能好、高温抗氧化和高温抗腐蚀性能好的综合优势，在航空、航天、核能等方面有广泛的应用前景。

其化学成分如表1所示。