[发明专利]一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法

说明书

一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法，属于异种金属材料焊接技术领域。本发明采用电解侵蚀工艺将钨镍铁合金表面一定厚度内钨颗粒相原位去除，仅余NiFeW相，实现在钨镍铁合金母材表面原位减材制备多孔NiFeW中间层。而后，将其与高强钢母材装配进行真空扩散焊接，最终形成钨镍铁合金/(NiFeW固溶体+弥散分布W颗粒)复合连接层/高强钢结构的焊接接头。本发明的优点在于：(1)在钨镍铁合金表面通过电解侵蚀原位减材制备的多孔NiFeW中间层结构适应性强；(2)焊接接头完全避免了界面金属间化合物的出现；(3)NiFeW固溶体+弥散分布W颗粒的复合连接层线膨胀系数介于钨镍铁合金与高强钢之间，有效缓和焊接热应力。

技术领域

本发明属于异种金属材料焊接技术领域，特别是提供一种适用于高熔点差、大热失配、脆性金属间化合物形成倾向大的钨镍铁合金/高强钢复杂结构的焊接方法。

背景技术

钨镍铁合金由于具有高熔点、高强度、高密度及耐辐射等优点在先进武器制造、核工业、航天航空等领域均有着广泛的应用。然而，由于钨镍铁合金的室温韧性较差，极大程度上限制了其使用范围的进一步扩展。针对现状，研究者们提出了将钨镍铁合金与高强钢进行扩散焊接，综合高强钢的高塑韧性和钨镍铁合金的高强度、高密度等优点，获得满足服役性能的结构部件。为了保证构件的服役性能，实现钨镍铁合金与高强钢的高强度焊接需要同时解决钨镍铁合金与高强钢线膨胀系数差异大(a_{钨镍铁合金}＝5～6×10^-6/K，a_高强钢＝12～15×10^-6/K)，焊接后界面存在较大的焊接热应力和高强钢中的Fe元素与钨镍铁合金中的W元素反应倾向性强，易在界面处生成Fe-W系脆性金属间化合物两个关键性问题。针对现状，当前国内外对钨镍铁合金与高强钢的扩散焊接均通过添加中间层的方式。但是，现有中间层的引入虽然避免了Fe-W系金属间化合物的出现，但由添加中间层所导致的其他金属间化合物(如Ni-W化合物、Cu-Ti化合物)的出现依旧减弱了钨镍铁合金与高强钢扩散焊接接头的强度，并难以良好实现释放接头焊接热应力的目标；此外，现有中间层多以箔片或粉末的形式引入，这类中间层在焊接过程中易滑移、散落使接头焊接强度下降，尤其在一些复杂结构(如弧面焊接结构)中，箔片或粉末形式的中间层更是难以适用。因此，如何采用适当的方法制备可有效缓解焊接热应力、完全避免脆性金属间化合物形成并具有较强结构适应性的中间层用于钨镍铁合金与高强钢的扩散焊接，已经成为钨镍体合金与高强钢复杂构件焊接的关键问题。

发明内容

(1)本发明的目的是要克服目前钨镍铁合金与高强钢扩散焊接中存在的接头焊接热应力大、界面易形成脆性金属间化合物、中间层结构适应性差等问题，提出一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法，在整个接头中完全避免脆性金属间化合物的出现，可以最大程度上保证接头的强度，有效缓和焊接热应力。

一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法，其特征在于，以高强钢和钨镍铁合金为待焊接母材，采用电解侵蚀工艺将钨镍铁合金表面一定厚度内钨颗粒相原位去除，仅余NiFeW相，实现在钨镍铁合金母材表面原位减材制备多孔NiFeW中间层。而后，将其与高强钢母材装配进行真空扩散焊接，最终形成以NiFeW固溶体+弥散分布W颗粒为复合连接层的钨镍铁合金与高强钢焊接接头。

本发明具体工艺过程包括以下步骤：

步骤1，将表面处理后的待焊母材用丙酮超声波清洗，放入恒温干燥箱中备用。

步骤2，配制电解侵蚀液：侵蚀液成分为NaOH 22～32g/L、Na₂CO₃ 8～12g/L、NaCl10～15g/L和Na₂MoO₄ 2.5-4.0g/L。

步骤3，采用步骤2配制的侵蚀液对钨镍铁合金待焊面进行电解侵蚀，侵蚀电压6～12V，侵蚀时间15～60min，侵蚀液温度35～60℃，制备出多孔NiFeW中间层。