[发明专利]以Fe-Cr-Ni合金为填充材料的铁铝基合金与不锈钢的熔焊工艺

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及异种金属的焊接方法，尤其涉及一种以Fe-Cr-Ni合金为填充材料的铁铝基合金与不锈钢的熔焊工艺。 

背景技术

铁铝基合金具有高的高温比强度、比刚度，以及优异的抗高温氧化、硫化和耐腐蚀性能，而且其比重低，使用成本相对低廉，在石油化工及能源、电力行业等领域有广阔的发展前景，是极具应用潜力的耐磨、耐热和耐腐蚀的结构材料。焊接作为结构材料制造的重要手段，是铁铝基合金推广应用的关键工艺，但是铁铝基合金的脆性大、焊接性差，熔焊时容易产生热裂纹及冷裂纹。尽管铁铝基合金的焊接难度很大，但是由于工程结构上的迫切需求，许多研究者作出了很大努力，取得了一些重要的成果。目前针对铁铝基合金采用的焊接方法主要有电子束焊、钨极氩弧焊、真空扩散焊、钎焊等，但离工业化大规模应用仍有相当距离。 

现有技术的铁铝基合金薄板焊接时，采用高能量密度的焊接方法（如电子束焊）在较低的焊速下可以获得满意的焊接接头。对于中厚板，大多采取较高温度的焊前预热及焊后热处理工艺且严格控制工艺参数才能获得无裂纹的焊接接头。而采用真空扩散焊、钎焊等虽然能够获得界面结合紧密的接头，但在高温、高压、长时间保温的条件下，会造成接头区组织粗化，导致接头力学性能降低，且由于设备昂贵（如真空扩散焊）及工件尺寸受到限制等因素而无法满足大批量工业化应用的要求。如果通过优化焊接填充材料，实现铁铝基合金与不锈钢的不预热无裂纹焊接，将大大推进铁铝基合金作为高温结构材料的应用。 

现有技术中有的采用中低碳Cr-Mo钢焊丝作填充材料进行铁铝基合金的焊接，焊后经350℃～500℃保温1～2小时并随炉冷却至室温。采用Cr-Mo钢焊丝或焊条作填充材料虽然能保证焊接接头的力学性能，但由于Cr含量较低（0.5%～2.0%，质量百分数），焊缝金属的耐热和耐腐蚀性较差，在热、酸性环境中容易在焊缝处失效。采用本发明提出的焊接工艺和填充材料，能够满足铁铝基合金与不锈钢作为耐热结构件在耐磨、耐腐蚀性场合的使用要求。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述的不足，提供一种以Fe-Cr-Ni合金为填充材料的铁铝基合金与不锈钢的熔焊工艺；适应范围广，能够实现在室温条件下获得无裂纹、结合强度较高的铁铝基合金与不锈钢的焊条电弧焊，采用这种方法获得的焊接接头的抗拉强度达到720MPa，能够满足铁铝基合金与不锈钢熔焊接头在耐磨、耐腐蚀场合中的使用要求。 

本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 

以Fe-Cr-Ni合金为填充材料的铁铝基合金与不锈钢的熔焊工艺，包括以下步骤： 

1）将待焊铁铝基合金板材工件与不锈钢板材工件表面经过机械加工，去除待焊工件表面的氧化膜、油污和锈蚀； 

2）将铁铝基合金板材工件与不锈钢板材工件装配成对接接头，在室温不预热条件下电弧焊，电弧焊采用填充材料镍基焊条打底焊，采用超低碳Cr25Ni13Mo2不锈钢焊条盖面焊。 

所述步骤2）采用直流逆变电弧焊机施焊，焊条电弧焊工艺参数为：直流反极性，焊接电压24V，打底焊的焊接电流80A～100A，焊接热输入8kJ/cm～12kJ/cm；盖面焊的焊接电流90A～120A，焊接热输入10kJ/cm～15kJ/cm。 

所述步骤2）镍基焊条型号为ENiCrMo-0，所述不锈钢焊条型号为E309MoL-16。 

所述ENiCrMo-0镍基焊条化学成分的质量百分数为：C 0.03%～0.05%，Cr 13%～16%，Ni 60%～75%，Mo 2%～6%，Nb 3%～5%，余为Fe。 

所述E309MoL-16不锈钢焊条化学成分的质量百分数为：C 0.02%～0.04%，Cr 22%～25%，Ni 12%～14%，Mo 2%～4%，Mn 0.5%～2.5%，Si 0.6%～0.9%，Cu 0.5%～0.7%，余为Fe。 

所述步骤2）焊接过程中保持焊条与焊缝水平板之间的倾角保持在80°～85°，打底层焊条不摆动，保持直线短弧施焊。 

所述步骤2）焊接结束时，填满弧坑后再熄灭电弧。 

所述步骤2）在焊接厚度6～10mm尺寸的铁铝基合金和不锈钢板工件焊接前，将石棉板置于工件下面，焊后对工件接头处覆盖石棉板以缓慢冷却。 

所述步骤2)焊接前将工件对接接头处打磨成约60°的V形坡口，钝边3mm。 

本发明的工作原理：