[发明专利]连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料和工艺

说明书

本发明公开了一种连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料和工艺，采用扩散焊焊接钨基粉末合金与低膨胀高温合金，作为扩散焊接中间层的焊接材料合金成分按质量百分比计(wt/％)：镍(Ni):10‑30，钯(Pd)：0.5‑1.0，钒(V)：1‑10，钛(Ti)：1‑5，余量铜(Cu)。采用的焊接工艺是扩散焊接，连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料是作为扩散焊接的中间层。采用本发明所述的焊接材料和工艺，焊接温度较低，避免钨的再结晶导致晶粒长大引起钨基粉末合金的力学性能严重受损，在较低的焊接温度下可以获得优异的钨基粉末合金/低膨胀高温合金接头高温性能。

技术领域

本发明涉及一种连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料和工艺，应用于钨基粉末合金与低膨胀高温合金异种金属间的扩散连接，属于焊接与连接技术领域。

背景技术

钨基粉末合金是一种以钨为硬质相，以镍、铜或镍、铁等为粘结相，采用粉末冶金精密成型工艺烧结制造的复合材料，具有高导热，高强度，高密度，高熔点，低热膨胀系数，优异抗蚀性、抗氧化性和抗冲击韧性等性能，常利用其高温性能制作耐高温和耐腐蚀结构件。采用粉末冶金精密成型工艺烧结制造的钨基粉末合金其形状和大小会受到一定的限制，制造结构复杂的耐高温和耐腐蚀结构件难以一次成型，需要后序加工，分多次工艺完成，有些难以加工的部位往往通过后期焊接而成，尤其是钨基粉末合金与其他金属相互焊接在一起，更能充分发挥其高密度、高导热性和低膨胀系数等优异性能。钨基粉末合金具有很好的延性，可以进行轧制、旋锻、锻造、车、铣、刨、车螺纹和攻丝等机加工，但是，由于其特殊的物理化学性能，钨基粉末合金与其它金属焊接存在一定困难。钨基粉末合金导热性极强，熔化焊接时容易造成不熔合现象，焊接要求采用能量密度高、焊接热输入量大、焊接速度快的高效焊接技术与工艺。采用高能量的熔焊焊接在冷却速度慢的条件下，焊缝金属凝固成长为单相粗大柱状晶，焊缝金属在室温下塑形极低，同时还会造成宽大的焊接热影响区。钨的再结晶温度低，过热区晶粒剧烈长大，热影响区形成粗大再结晶组织，常温下再结晶状态的钨，超过在钨中的溶解度的气体杂质将偏析或沉淀在晶界上，由于杂质沿晶界的集聚而呈脆性。钨基粉末合金线膨胀系数小，接头中会产生残余应力，降低接头的力学性能与抗热震和疲劳性能。钨基粉末合金与其它金属焊接要求选用膨胀系数与钨基粉末合金相近的金属，并且在构件制造和工作过程中不能发生同素异构转变，以免引起热膨胀系数突变，破坏钨基粉末合金与金属的匹配关系。钨基粉末合金与其它金属焊接极少利用软钎焊进行焊接。钨与银、铜并不形成合金，使用银基和铜基钎料钎焊钨基粉末合金效果并不理想，钎缝的强度受到影响，试验结果表明，钎焊接头抗剪切强度低于200MPa，尤其是钎缝的高温强度受到很大的限制。镍基钎料钎焊接头具有较好的高温性能，但是其熔化温度范围通常都在1100-1200℃，钎焊温度则在1200-1300℃。钨的再结晶温度约为1100±50℃，而且晶粒长大的速度很快，钎焊温度超过此温度，材料明显变脆。因此，在钎焊件工作温度允许的情况下，钎焊温度不要超过1000℃，如果钎焊温度超过1000℃，则应采取快速钎焊的方法，使钨基粉末合金在1000℃以上停留的时间较短，否则，钨基粉末合金的力学性能将严重受损。目前，尚未见有关采用镍基钎料钎焊钨基粉末合金焊接的系统报道。实现钨基粉末合金及其与其它金属可靠焊接，提高焊接接头的耐高温性能，充分发挥高导热性、高强度和低膨胀系数钨基粉末合金的优异性能，是科研工作者不可推卸的责任和长期而艰巨的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料和工艺，实现钨基粉末合金与低膨胀高温合金的可靠连接。本发明所述的一种连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料，是采用粉末冶金工艺烧结而成，与钨基粉末合金有着良好的相容性；本发明所述的一种连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的工艺是采用扩散焊接工艺。连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料是作为扩散焊接的一层中间层，采用扩散焊接用于连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金，可实现钨基粉末合金与低膨胀高温合金可靠连接。