[发明专利]一种获得RAFM钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法

说明书

本发明公开一种获得RAFM钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，使用铁基合金箔Fe‑Si‑B对RAFM钢试样进行瞬间液相扩散连接，以5‑20℃/min的升温速率升温至800‑900℃，保温20‑40min，再以5‑20℃/min的升温速率升温至1185‑1215℃，在垂直于待连接面的方向上施加0.2‑2MPa的压力，保温1‑60min，最后以5‑30℃/min的降温速率降到室温20‑25℃。本发明利用合金箔中间层并设计一种瞬间液相扩散连接的热循环工艺，从而获得具有均匀组织和良好力学性能的RAFM钢可靠接头。

技术领域

本发明属于一种金属材料焊接技术，更加具体地说，涉及到一种获得RAFM钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，人类能源消耗日益增加。传统的不可再生能源逐渐枯竭，所以可再生能源的开发利用迫在眉睫。核能作为一种清洁能源，具有环境相容性好、零碳排放、经济高效的优点，是未来能源发展的趋势。因此，清洁核能的不断发展对核反应堆的安全、可靠、高效运行提出了更高的要求。由于核反应堆中特殊的环境，堆用结构材料需要承受更高的辐照剂量、更复杂的腐蚀环境以及更高的温度和压力。

RAFM钢的综合性能优异，具有低热膨胀系数、高几何稳定性、高导热性和良好的抗辐射膨胀性的优点，从而被选为核反应堆第一壁/包层的首选结构材料。由于核反应堆第一壁/包层结构复杂，体积较大，对压力密封性要求较高，其结构组件的同种材料或异种材料的焊接技术成为核反应堆实际应用发展的关键问题。为了实现RAFM钢的可靠连接，采用了多种熔焊技术，如气体保护钨极电弧焊、电子束焊接、激光焊接等。这些熔焊技术所获得的接头组织和母材有较大的差异，并且在热影响区中会产生裂纹，导致接头力学性能下降。近年来，真空扩散连接技术在航天航空、电子工业、核物理研究等领域的应用越来越广泛。但是采用固相扩散连接技术连接工件所需的压力很大，导致工件发生变形，接头中有较大的残余应力，并且固相扩散连接对工件连接面的表面粗糙度有较高的要求。瞬间液相扩散连接(简称TLP)结合了固相扩散连接和钎焊的优点，在连接过程中加入含有降熔元素的中间层，连接所需的压力很小，所以接头的残余应力小，变形小。通过瞬间液相扩散连接技术获得的接头组织和成分与母材均匀一致，接头的力学性能也与母材相近。目前，瞬间液相扩散连接技术已经广泛应用于高温合金、陶瓷、耐热钢等材料的焊接领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种获得RAFM钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，利用合金箔中间层并设计一种瞬间液相扩散连接的热循环工艺，从而获得具有均匀组织和良好力学性能的RAFM钢可靠接头。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种获得RAFM钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，在待连接的RAFM钢试样的待连接面之间设置铁基合金箔Fe-Si-B并在垂直于待连接面的方向上施加压力，在空气气氛中自室温20—25摄氏度以5-20℃/min的升温速率升温至800-900℃保温20-40min，再以5-20℃/min的升温速率升温至焊接温度1180-1220℃保温以实现RAFM钢的瞬间液相扩散连接，最后以5-30℃/min的降温速率降到室温20-25℃。

而且，所使用的RAFM钢的化学成分(元素重量百分数)为C0.04wt.％、Cr8.93wt.％、W1.71wt.％、Mn0.44wt.％、Si0.04wt.％、V0.22wt.％、Ta0.073wt.％，其余为Fe元素。

而且，铁基合金箔Fe-Si-B的化学成分为Si5-5.5wt.％、B 2.5-4wt.％、其余为Fe元素，优选Si5-5.3wt.％、B 2.5-3wt.％、其余为Fe元素。

而且，施加压力为0.1-2MPa的压力，优选0.2-1MPa。

而且，自室温以5-10℃/min的升温速率升温至850-900℃，保温20-30min，再以5-10℃/min的升温速率升温至焊接温度进行保温处理。