CN103252568B - 一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末和一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末和其用于填充点焊不锈钢的工艺方法，所述高熵合金粉末的主要组分为AlFeCuCoNiTiCrx,x为Al与Cr的摩尔比，x的范围为0-0.3，粉末大小为100-300目；用高熵合金粉末介质作为填充层，改善难焊不锈钢材料的焊接初期接触电阻，以电阻热为焊接热源，在保护气体的保护及电阻热的作用下，同时发生材料待焊表面的部分熔化，在适当大小的电极压力冲击作用下，使氧化膜破碎，促进高熵合金粉末介质在待焊材料界面处产生细化作用，在界面处形成熔核形成单一面心立方的组织，从而提高接头强度和耐蚀性。该方法主要在热补偿下实现焊接，灵活性较强，具有较为理想的工程意义。

Description

一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末和一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法
技术领域
本发明涉及不锈钢焊接领域，尤其是涉及一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末和一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法。
背景技术
不锈钢作为耐腐蚀材料一直受到产业界的重视，点焊焊接方法是不锈钢连接的主要方法之一。目前关于不锈钢点焊的研究主要包括氩弧焊、激光束、电子束、搅拌摩擦点焊，但上述点焊方法能源消耗大，生产效率低，设备及维护和运行成本高，相比较而言，电阻点焊不锈钢是一种优异的选择，但电阻焊不锈钢焊后形成熔核发生相变，从而导致在使用过程中容易被腐蚀，导致焊接接头失效，所以急需开发一种能够提高不锈钢电阻点焊耐腐蚀性的方法。
经对现有技术的文献检索发现，专利200510072511.5使用中间薄片圆环焊接不锈钢，但薄圆片的导电能力不是太强，同时薄圆片的材料为不锈钢同质材料，在电阻点焊高电流效果下容易形成铁素体，从而耐蚀性下降。专利201110028353.9改变电极的尺寸提高焊接效果，但增加了设备消耗。所以目前急需开发一种不改变现有设备条件下能够提高不锈钢电阻点焊强度及耐腐蚀性的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末和一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，以实现提高不锈钢电阻点焊强度及耐腐蚀性目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于填充点焊不锈钢高熵合金粉末，其特征在于，所述高熵合金粉末的主要组分为AlFeCuCoNiTiCrx,x为Al与Cr的摩尔比，x的范围为0-0.3，粉末大小为100-300目。
一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，按以下步骤进行：
(1)将高熵合金粉末用有机溶剂混合均匀；
(2)在待焊工件的焊接面均匀喷洒或均匀涂敷所述粉末介质，形成厚度均匀的粉末介质填充层；
(3)待粉末介质填充层的丙酮挥发后，装夹待焊工件于上下电极之间，使附着粉末介质的待焊工件焊接面紧密接触；
(4)调整保护气喷嘴对准待焊工件焊接区，施加保护气体作用；
(5)施加电极压力冲击、压紧待焊接面，通过电极压力冲击作用使基体的表面氧化膜破碎，并在后续工艺过程中保持压力的作用；
(6)通焊接电流，使填充层的高熵合金粉末介质熔化，在热与压力综合作用下与不锈钢发生物理化学冶金反应，并在焊接界面产生原子扩散；
(7)停止焊接电流作用，保持电极压力至焊件自然冷却；
(8)停止电极压力作用，停止保护气体作用，上下电极移开，完成焊接。
所述有机溶剂包括丙酮和乙醇等。
焊接环境主要为惰性气体保护下施焊，个别情况下也可在大气下施焊。
所述的待焊工件为不锈钢板材或线材，焊接接头形式主要是搭接接头。
所述对待焊工件及粉末填充层的加热为电阻加热。待焊工件及粉末填充层在焊接电流作用下产生电阻热效应，焊接电流为单一主焊接电流形式或主焊接电流加辅助焊接电流形式。
所述的上下焊接电极的端面主要为球面形，另外，也可采用圆锥台形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)一定粒度的粉末介质与待焊接工件表面形成若干点接触界面，利用粉末颗粒与待焊材料的接触面的变化提高材料待焊部位的焊接初期接触电阻，从而改善难焊材料的焊接性。
(2)粉末颗粒之间构成若干相对微小的导电通道，在不增加焊接电流绝对值的前提下，使通过材料待焊部位的电流密度得以大大提高，从而获得焊接初期所需要的大量电阻热。
(3)利用电极压力的作用破碎填充界面的氧化膜。
(4)利用球面形电极的挤压作用，并在熔融的对流作用下排出破碎的氧化膜，从而形成可靠焊接接头。
(5)高熵合金粉末填充介质配方灵活，可改善焊缝金属的冶金行为。
(6)在惰性气体保护下或大气环境下实现不锈钢材料的焊接，焊接表面无需特殊清理，焊接效率高，成本低，接头可靠，具有较为理想的工程实用意义。
(7)高熵合金粉末在不锈钢接头中形成单一面心立方固溶体组织，具有很好的耐腐蚀和强化效果。
附图说明
图1是不锈钢填充高熵合金粉末点焊示意图，其中，1-电极；2-不锈钢工件；3-高熵合金填充层；4-焊接电路。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
待焊材料的装夹分别如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。304不锈钢工件2为两块厚度为0.8mm的平板结构的搭接。将高熵合金粉末200目AlFeCuCoNiTiCr0.1介质用丙酮混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在不锈钢工件2待焊部位的表面，形成粉末介质填充层3。设定主要焊接四参数为：焊接电流I＝12000A，电极压力F＝1860N，焊接电流持续时间t2＝1.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极1之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为3L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流，持续时间为1.5s。焊接电流作用结束后，保持电极压力2s，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极1，取下工件，经过金相观察，接头形成单一面心立方组织。
实施例2：
待焊材料的装夹分别如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。304不锈钢工件2为两块厚度为0.4mm的平板结构的搭接。将高熵合金粉末250目AlFeCuCoNiTiCr0.15介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在不锈钢工件2待焊部位的表面，形成粉末介质填充层3。设定主要焊接四参数为：焊接电流I＝10000A，电极压力F＝1560N，焊接电流持续时间t2＝1.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极1之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流，持续时间为1.2s。焊接电流作用结束后，保持电极压力一定时间，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极1，取下工件，经过金相观察，接头形成单一面心立方组织。
实施例3：
待焊材料的装夹分别如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。304不锈钢工件2为两块厚度为1mm的平板结构的搭接。将高熵合金粉末300目AlFeCuCoNiTiCr0.2介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在不锈钢工件2待焊部位的表面，形成粉末介质填充层3。设定主要焊接四参数为：焊接电流I＝13000A，电极压力F＝1960N，焊接电流持续时间t2＝1.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极1之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流，持续时间为1.5s。焊接电流作用结束后，保持电极压力2s，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极1，取下工件，经过金相观察，接头形成单一面心立方组织。
实施例4：
待焊材料的装夹分别如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。304不锈钢工件2为两块厚度为1.2mm的平板结构的搭接。将高熵合金粉末300目AlFeCuCoNiTiCr0.3介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在不锈钢工件2待焊部位的表面，形成粉末介质填充层3。设定主要焊接四参数为：焊接电流I＝13500A，电极压力F＝1960N，焊接电流持续时间t2＝2.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极1之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流，持续时间为1.5s。焊接电流作用结束后，保持电极压力2s，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极1，取下工件，经过金相观察，接头形成单一面心立方组织。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)将高熵合金粉末介质用有机溶剂混合均匀；所述高熵合金粉末的主要组分为AlFeCuCoNiTiCrx,x为Cr与Al的摩尔比，x的范围为0-0.3，粉末大小为100-300目；
(2)在待焊工件的焊接面均匀喷洒或均匀涂敷所述高熵合金粉末介质，形成厚度均匀的粉末介质填充层；
(3)待粉末介质填充层的有机溶剂挥发后，装夹待焊工件于上下电极之间，使附着粉末介质的待焊工件焊接面紧密接触；
(4)调整保护气喷嘴对准待焊工件焊接区，施加保护气体作用；
(5)施加电极压力冲击、压紧焊接面，通过电极压力冲击作用使基体表面氧化膜破碎，并在后续工艺过程中保持压力的作用；
(6)通焊接电流，使填充层的高熵合金粉末介质熔化至不锈钢中，在压力作用下发生反应，并在焊接界面产生扩散作用；
(7)停止焊接电流作用，保持电极压力至焊件自然冷却；
(8)停止电极压力作用，停止保护气体作用，上下电极移开，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，其特征在于，所述的待焊工件为不锈钢板材或线材，焊接接头形式是搭接接头。
3.根据权利要求1所述的高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，其特征在于，所述的上下电极的端面为球面形或圆锥台形。
4.根据权利要求1所述的高熵合金粉末填充点焊不锈钢的工艺方法，其特征在于，所述有机溶剂包括丙酮和乙醇。
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