TW201249575A - Method for connecting metal sheet - Google Patents
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201249575 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 !· 發明領域 本發明涉及彌散強化鉑基合金,並且更具體地說,涉 及—用於焊接該等合金的方法。 【先前技術】 2· 習知技術說明 由貴重金屬和貴重金屬合金例如較佳的是PGM材料 組成的結構零件被用於玻璃行業,特別是特種玻璃熔化和 熱成型工廠。該等用於熔合技術也稱爲PGM (鉑族金 屬)產品的工廠部件用來熔化、精煉、運輸、均質化並分 配該液體玻璃。該等貴重金屬合金大多是合金添加鍺、銥 或金的鉑基合金。如果由於玻璃熔體施加的機械和/或熱 應力而要求非常高的結構零件強度,則越來越多地使用氧 化物彌散強化鈾基合金,因爲該等鉑基合金的特徵在於具 有比標準合金更高的經受熱、機械和化學應力的能力。氧 化物彌散合金(下文中也稱爲ODS合金)不同之處在於 一非常均勻的微觀結構。 帶有玻璃熔體的工廠零件往往是被設計成薄壁管道系 統的貴重金屬板結構。熔融玻璃在1 000°C和1700°C之間 的溫度下流過該等零件。 由於PGM (鉑族金屬)材料的高熔點,它們的不同 之處在於耐高溫性,此外,在於高機械強度和耐磨損性, -5- 201249575 並且因此尤其適用於生產設備中的結構零件或者與該玻璃 熔體接觸的設備零件。合適的材料爲鈾以及鉑和/或其他 PGM金屬的合金,該等材料還可任選地包含少量基本金 屬作爲另外合金組分或氧化性添加劑。典型材料爲精煉 鉛、鉑铑合金以及鉑銥合金,它們含有少量的細分散的耐 火金屬氧化物,例如特別是二氧化锆或氧化釔,以提高強 度和耐高溫蠕變性。 然而,除了選擇該合適材料之外,該等貴重金屬部件 的生產,特別是成形在確定強度中也發揮了重要作用。通 常,來自單獨金屬板的該等部件連接在一起,以提供所要 求的幾何形狀,並且通常藉由熔體焊接相互連接》在這個 過程中,藉由供熱將有待相互連接的所述金屬板之間的接 點轉化成熔融狀態,適當時,還將一相同類型的塡充材料 轉化成熔融狀態並且熔合在一起。在這種情況下,可由一 電弧或一點燃氣體-氧氣混合物生成熔合熱。然而,如果 以這種方式連接的部件暴露于非常高的溫度,例如 1 2 00°C以上,焊縫常形成整體材料黏結的弱點。已確定 的原因係該焊縫中的不均勻性以及在熱影響區內該微觀結 構的變化。特別是圓柱形結構零件例如管道中的縱向焊縫 由於作用應力而具有特定風險,該等作用應力幾乎是圓周 焊縫的兩倍高,並且因此該等縱向焊縫往往不合格並且裂 開。當使用已知的焊接工藝例如鎢極惰性氣體(TIG )焊 接、電漿焊接、鐳射或自熔焊接時,該合金被熔化《«但是 在1 200°C以上使用過程中,當由於重結晶而熔化經典的 201249575 置換固溶體合金時,在該焊縫中僅可觀察到很小的強度損 失,焊接氧化物彌散強化合金時的熔化導致該熔體中通常 爲Zr02和/或Υ2〇3的大部分彌散體凝結和漂浮。在該焊 縫中形成一粗粒化的凝固微觀結構。因此’該焊縫中所述 彌散體的強化作用無效。然後’一種以這種方式連接在一 起的部件的應力承受能力及其使用壽命降低至來自標準合 金的相連部件的水平。 用於防止這種缺點的措施從 JP 5 2 1 2 5 77 Α和 ΕΡ 03 20877 B1中已知的。在本申請揭露的方法中,ODS金 屬板上的一熔合焊縫隨後用一種Pt-ODS箔覆蓋,並且藉 由高溫下錘擊而壓製成該縫。這種措施藉由該箔提高了該 焊縫的粒徑分佈細度,並且從而降低了表面上裂縫形成的 可能性。除了另外過時的替代方案之外,已求助於依靠錘 擊焊縫形成的整體接頭。然而,這種類型的接頭質量受到 很大變化。爲了消除該等變化,需要極大的費用來製備該 焊縫並在焊接過程中要求非常精確地控制工藝參數。在這 個過程的情況下,證明在錘擊期間均勻加熱兩種有待連接 的材料,特別是金屬板係非常困難的。這樣做的時候,往 往幾乎不可能用炬在焊接位置充分加熱較低金屬板,以在 錘擊過程中獲得一良好的黏結效果。因此該過程係非常艱 苦的’不必然地導致一最佳結果,並且是非常昂貴的。此 外’製造錘擊焊縫時有一根本問題,因爲在鍺含量大於 4% (按重量計)的合金的情況下並且通常在0DS合金的 情況下’在錘擊過程中該材料具有低的黏合傾向。已經存 201249575 在於該ODS材料中的氧化物和/或在錘擊過程中形成的所 述氧化物,主要是氧化铑,顯著降低了所述兩個結構零 件,特別是金屬板的黏結。所述不良黏結具有顯著增加生 產支出的效果,但是同時也有增加該縫中連接區域的某些 區域內不再獲得充分黏結的風險的效果。 在DE 1 023 7763 B4中,在生產氧化物彌散(ODS) 金屬材料結構零件的永久整體接頭過程中,該等單獨材料 的焊接在其熔化溫度以下分別進行,其中在該連接區域內 至少部分形成一擴散黏結。在一第二個工藝步驟中,將該 擴散黏結,較佳的是整個連接區域被加熱到同樣低於有待 相互連接的材料和/或結構零件的熔化溫度的溫度,並且 在此溫度下機械地再壓實,較佳的是錘擊。在焊接操作前 根據彼此之間的安排,在這種情況下有待相互連接的這兩 種材料限定了該等連接,後者通常也形成該連接區域,即 其中即將生產所希望的這兩種材料之間的接頭的區域。在 這個過程中,藉由安排用於生產一即將在加熱下機械再壓 實前進行的擴散焊接黏結,從而提供氧化物彌散(ODS ) 金屬材料結構零件的永久性的整體接頭。一較佳實施方式 提供了使用一焊接塡料。將該焊接塡料安排在有待相互連 接的氧化物彌散金屬材料的這兩種材料和/或結構零件之 間的連接區域內。這裡,該焊接塡料可以爲一分開的元件 或至少一個該連接區域中彼此相對的連接面上的一塗料。 具體地,在這種情況下合適的焊接塡料爲易延展的熔合合 金’例如PtAu5、Ptlrl、純Pt,但還有更堅固的合金,例 -8- 201249575 如PtRh5、PtRhlO、Ptlr3。所述文件強調,由於所述兩種 材料之間的黏合傾向大幅增加,該焊接塡料可以實現一有 待相互連接的這兩種材料之間顯著改善的黏結,並且這進 而大大降低了生產費用。此外,所述連接區域承受熱和機 械應力的能力應該會顯著提高。另外,所述文件強調尤其 佳的是***一貴重金屬箔。在一較佳實施方式中,該文件 傳授了,將該等有待連接的所述金屬板的邊緣進行倒角, 置於彼此上方,其中該等倒角的邊緣精確地在彼此之上, 並且在一冰凍步驟中,首先與一擴散黏結暫時連接,該擴 散黏結機械地再壓實以在一後續步驟中實現最終擴散黏 結。 缺點係該等邊緣的倒角的部分彼此面對並且精確地重 疊’尤其是在施加機械負荷時,這將導致一種比另一金屬 板薄的擴散黏結或者一更低強度的擴散黏結,兩者均導致 該黏結的強度更低。此外,使用與有待連接的所述金屬板 不同的組分的焊接塡料或箔是不利的,因爲產生的柯肯達 爾效應(Kirkendall-Effect)將導致孔隙形成,從而消弱 了該等邊緣之間的焊接接頭。 【發明內容】 本發明係基於提供一用於連接氧化物彌散貴重金屬板 @改進方法以及一用於實施該方法的裝置的目的。 發明簡要說明 -9 - 201249575 本發明涉及一種按照下列各項製備焊接物品之方法: 1. 一種用於生產彌散強化鉑基合金板材的焊接物品 之方法,包括以下步驟 提供至少一塊彌散強化鉑基合金板材; 將所述彌散強化鈾基合金板材的有待焊接連接的邊緣 進行倒角: 將該等有待焊接連接的倒角的邊緣進行重疊; 將所述彌散強化鉑基合金的重疊的倒角的邊緣僅在所 述邊緣的周邊進行熔體焊接; 將該鉑板材利用一壓焊方法進行焊接連以生產該焊 縫,該壓焊方法選自錘焊、噴九加工、輥式縫焊接、電阻 焊接、擴散焊接、摩擦焊接及其組合; 將該焊接物品周邊上的熔體焊接部分去除》 2- 如項1所述之方法,其中該熔體焊接步驟爲TIG 焊接(鎢極惰性氣體焊接),該TIG焊接包括以下步驟: a.調節TIG焊接電源,以使輸入到該焊縫中的能量減到 最少;b.將所述焊縫與一電弧氣體組合物接觸,以最大 限度地快速淬火該焊縫;c.將所述焊縫與一第二氣體接 觸,該接觸主要在所述焊縫的底面處,以便將該焊縫的底 面淬火;d.將所述焊縫與一尾部氣體(trailing gas)接 觸,以增強該焊縫的冷卻從而超越由所述電弧氣體和所述 第二氣體實現的冷卻。 3. 如項1或2所述之方法,該焊接物品係一管狀物 件,並且該等有待連接的邊緣屬於相同的鉑基合金材料 -10- 201249575 板。 4. 如項1至3中任一項所述之方法,其中所述鉑基 合金具有一組分,該組分主要由金、銥或铑組成,特別是 由選自 PtAu5、Ptlr 1、PtRh5、PtRhl 0、PtRh20、Ptlr3、 Ptlr5純鈾及其組合的合金組成。 5. 如項1至4中任一項所述之方法,該鈾基合金係 用一種氧化物進行氧化物彌散強化的,所述氧化物係來自 由氧化釔、二氧化锆及其混合物組成的組。 6. 如項1至5中任一項所述之方法,該鉑基合金具 有 PtAu5、Ptlrl、PtRh5、PtRhlO、Ptlr5 或 Ptlr3 的組 分,並且是用氧化釔或二氧化锆進行氧化物彌散的。 7. 如項1至6中任一項所述之方法,其中藉由切 斷、金屬剪、切割輪、線侵蝕、噴射切割、鐳射切割及其 組合實現該等熔體焊接部分的去除。 8. 如項1至7中任一項所述之方法,其中該熔體焊 接方法選自下組’該組由以下各項組成:電漿焊接、鐳射 焊接、TIG (鎢極惰性氣體)焊接、電阻焊接或自熔焊 接。 9. 如項2至8所述之方法,其中所述電源係—脈衝 逆變器。 10. 如項2至9所述之方法,其中所述電弧氣體具有 —選自下組的組成’該組由以下各項組成:氣氣、氨氣及 其混合物。 11. 如項2至1 0中任一項所述之方法,其中所述第 -11 - 201249575 二氣體係一氣體混合物。 12. 如項2至1 1中任一項所述之方法,其中所述尾 部氣體選自下組’該組由以下各項組成:氣氣、氮氣、氦 氣、二氧化碳及其混合物。 13. 如項2所述之方法,其中所述第二氣體選自下 組,該組由以下各項組成:氬氣、氮氣、氦氣、二氧化碳 及其混合物。 14. 如項2所述之方法’其中所述接點由一冷卻的夾 具保持。 15. 如項2所述之方法’其中該尾部氣體藉由一氣體 噴嘴施用,並且所述噴嘴藉由傳導淬火該焊接件。 16. 如項1所述之方法,其中所述噴九加工介質選自 下組,該組由以下各項組成:玻璃珠、陶瓷球或鋼九。 17-如項1所述之方法,其中所述噴九加工步驟進行 了範圍從大約5 sec/cm2至60 sec/cm2的時間段。 18. 如項1所述之方法,其中所述九由平均直徑範圍 爲大約0.1 mm至大約5 mm且實質上均勻、基本上爲球 形的顆粒組成。 19. 如項1所述之方法,其中所述熔體焊接僅在該板 材一側在所述邊緣周邊上進行。 20. 如項1所述之方法,其中所述熔體焊接僅在該板 材一側在所述邊緣周邊上進行,並且在相反側上所述倒角 的邊緣不重题並且彼此分開進行安排。 2 1.如項1所述之方法,其中該至少兩個金屬板部分 -12- 201249575 被安排爲重疊的,該等倒角邊緣向外延伸 屬板部分。 22·如項1所述之方法,其中該焊接 的底座上利用一壓焊方法進行,並且其中3 部分置於該底座上。 23. 如項22所述之方法,其中將 300°C 至 600°C,較佳的是 350°C 至 550。 的是 400°C 至 500。(:。 24. 如項1所述之方法,其中該等倒声 寬度(F)係原始金屬板寬度(t0)的1至 是2倍’和/或該倒角角度爲15。至27c 17,6°至25.6°’進一步較佳的是從19.6。至 佳的是大約2 1.6 °。 25. 如項1所述之方法,其中該壓焊宅 的熔體焊接部分上從該板材的一側開始進f 等邊緣繼續至該板材的相反側。 26. 如項1所述之方法,其中該壓焊名 間大約中間的一點上進行,並且沿著該等重 該板材的一側,隨後從大約中間的所述點圍 相反側。 27. —種彌散強化鉑基合金板材的焊接 物品係藉由一如項1所述之方法得到的。 【實施方式】 ,遠離該鄰近金 I接在一已預熱 g少一個金屬板 該底座預熱到 C,進一步較佳 与的邊緣的倒角 3倍,較佳的 ',較佳的是從 23.6°,並且最 E該等重疊邊緣 ί,並且沿著該 έ該板材兩側之 i戥邊緣繼續至 目始至該板材的 丨物品,該焊接 -13- 201249575 發明詳細說明 本發明提供了一用於焊接彌散強化鉑基合金的方法。 本發明的熔體焊接慣例係使得當與該基本金屬相比時,顯 著減少或消除了習知技術方法的粗糙脆性金屬間化合物特 徵的形成,並且該等特徵的形成嚴重降低了該焊接物品的 連接強度和延展性。 可以噴九加工該焊縫,以均質化該焊接件和熱影響 區。根據本發明,以一種經濟有效的方式焊接彌散強化鈾 基合金,並因此保留其有用的機械性能。 在本發明的一方面,由彌散強化鉑基合金板材生產了 —焊縫。確切地說,利用一方法焊接該合金,所述方法包 括以下步驟: 提供至少一塊彌散強化鉑基合金板材; 將所述彌散強化鉑基合金板材的有待焊接連接的邊緣 進行倒角; 將該等有待焊接連接的倒角的邊緣進行重疊; 將所述彌散強化鈾基合金的重疊的倒角的邊緣僅在所 述邊緣的週邊進行熔體焊接; 將該鉑板材利用一壓焊方法進行焊接連接以生產該焊 縫,該壓焊方法選自下組:錘焊、噴九加工、輥式縫焊 接、電阻焊接、擴散焊接、摩擦焊接及其組合; 將該焊接物品週邊上的熔體焊接部分去除。 例如’如 EP 0320877、 US-B-6511523 或 EP 1781830 中所述’可提供合適的彌散強化鉑基合金板材。在本發明 -14- 201249575 的一實施方式中,形成該鉑板材的鈾基合金具有一組分, 該組分主要由鉑連同金、銥或铑組成,尤其是由選自 PtAu5、Ptlrl、PtRh5、PtRhlO、PtRh20、Ptlr3、Ptlr5、 純鉑及其組合組成的組的合金。在另一實施方式中,更確 切地說,該鉑基合金可用一選自氧化釔、二氧化銷及其混 合物組成的組的氧化物進行氧化物彌散強化。在這方面, 上面引用的專利文獻描述了這點。取決於期望的材料性 能,這種氧化物彌散強化可存在於純鉑以及這部分中上面 揭露的所述合金中。更確切地說,該鈾基合金具有一種 PtAu5、Ptlrl、PtRh5、PtRhlO、Ptlr3、Ptlr5 的組成或者 是純鉑,並且用氧化釔或二氧化鉻進行氧化物彌散。 根據本發明的另一方面,較佳的是,特別是以一種直 線方式對所述邊緣進行倒角。這裡,當所述金屬板部分被 安排爲重疊時,將該等有待連接的金屬板部分連接,其方 式爲該等倒角的邊緣隨後向外延伸,即遠離該鄰近金屬板 部分。已經發現了以這種方式將所述金屬板部分進行倒角 和對齊提高了連接產品的蠕變斷裂強度。下面更詳細地示 出了這點。也在這種情況下,對所述金屬板部分進行擴散 錘焊。一根據本發明的較佳方法也包括上面討論的兩個方 面,即提供並且預熱一底座,並以提出的方式形成所述倒 角。 所述倒角的邊緣的倒角寬度(F)較佳的是爲原始金 屬板厚度(t0)的1至3倍,較佳的是爲2倍。進一步較 佳的是,該倒角角度α爲大約15°至大約27。,較佳的是 -15- 201249575 爲大約17.6°至大約25.6°,進一步較佳的是爲大約19.6° 至大約23.6°,並且最佳的是爲大約21.6°。較佳的是,以 這樣一方式成形所述倒角的邊緣,使得所述邊緣的倒角的 部分相互平行或至少基本上相互平行,這意味著當所述倒 角部分被安排爲彼此面對時,兩個邊緣會相互補充。當兩 個邊緣的倒角角度α相同時常常如此。 隨後將該等邊緣進行重疊。在本發明的另一實施方式 中,如圖1所描繪和以下所述,以這樣一方式進行所述邊 緣重蛵,使得當所述金屬板部分被安排爲重疊時,所述倒 角的邊緣隨後向外延伸,即遠離該鄰近的金屬板部分。在 本發明的又另一實施方式中,有待連接的所述邊緣屬於相 同的鉑基合金材料板,因此不得不彎曲該鉬材料板以允許 該等邊緣重题,這樣該焊接物品將是一管狀物件。該管狀 焊接物品的截面並沒有具體限制,例如可以是圓形、橢圓 形或多邊形。 較佳的是,該等金屬板部分被安排爲重疊,其中重疊 長度爲原始金屬板厚度(to)的2.5至7.5倍,較佳的是 爲原始金屬板厚度(t0)的4至7倍。擴散焊接後,所述 金屬板部分的重疊係原始金屬板厚度(t0)的3至8倍, 較佳的是爲原始金屬板厚度(t0)的5至7倍。 隨後將該等重疊的邊緣在所述邊緣的周邊進行熔體焊 接。在熔體焊接過程中,所述彌散體可以凝結,因此該焊 縫中所述彌散體的強化作用將會無效或至少受限制。由於 在該過程中稍後會切掉該等熔體焊接的部分,因此最終產 -16- 201249575 品的特性將不受影響。原則上,只要輸入到該鉑板材中的 能量不受限制’則用於熔體焊接的方法並不受限於一具體 方法’這樣分散體的熔化和凝固在空間上不限於進行熔體 焊接連接的區域。 所述熔體焊接方法通常可選自電漿焊接、鐳射焊接、 TIG (鎢極惰性氣體)焊接、電阻焊接或自熔焊接。技術 人員熟悉該等普通的熔體焊接方法,並且瞭解如何利用該 等熔體焊接方法實現本發明的目的。在所述邊緣周邊上的 熔體焊接可以僅在該鉑板材的其中一側或該鈾板材的兩側 進行。 顯然,將焊接頭置於該等重疊的邊緣上,這樣在這個 特定位置對該等重疊的邊緣進行焊接連接。通常,所述熔 體焊接接頭不需要具有一大的尺寸,並且一個單一焊接點 就足夠。如圖2a和2b所描繪,把焊接頭將置於有待連接 的所述邊緣的周邊,靠近該鈾板材的側面邊界。 在本發明的又另一實施方式中,有待相互連接的所述 邊緣在它們的整個長度上重疊,並且在該鉑板材的兩側面 邊界上進行熔體焊接,並且建立熔體焊接接頭。 在本發明的又另一實施方式中,僅在該板材的一側在 該等邊緣周邊上進行熔體焊接,並且在相反側上所述對角 邊緣不重疊並且被安排爲彼此分開。 在這個實施方式中,該等有待相互連接的邊緣在它們 的部分長度上重疊,並且在該舶板材的其中一側面邊界上 進行熔體焊接。在這個實施方式中,該舶板材的所述邊緣 -17- 201249575 通常在該鈾板材的一側面邊界上重疊,並且靠近該側面邊 界進行焊接連接,同時該等彼此分開的所述邊緣與各自的 側面邊界相距甚遠。在這種情況下,兩個邊緣通常隔開, 從而在所述邊緣之間形成一 V形間隙,並且在該間隙的 一側面邊界端進行重疊並部分熔體焊接連接,同時在相反 側面邊界上不存在重疊或熔體焊接接頭。 在本發明的又另一實施方式中,該等有待相互連接的 所述邊緣在它們的部分長度或它們的整個長度上重疊,並 且將在其上進行熔體焊接連接的該鉑板材的周邊置於一區 段上,該區段延伸超過剩下的鉑板材的側面邊界。換言 之,該等有待連接的邊緣上的該鉑板材比該焊接物品的其 餘部分的預期寬度更寬,以便形成一端耳(terminal ear )並在實施壓焊步驟後切掉該端耳,該端耳僅僅節省 了設置焊接頭的目的,所述熔體焊接頭與有待連接的所述 邊緣的部分空間分開。這樣,可以使正被切掉並回收的鈾 板材的數量以及同時用於這個步驟的工作時間和工作量減 到最小。圖2a中描繪了這樣一情況。 在本發明的另一實施方式中,TIG (鎢極惰性氣體) 焊接係一用於本發明目的的合適方法。更確切地說,該 TIG焊接包括以下步驟: a. 調節TIG焊接電源’以使輸入到該焊縫中的能 量減到最小; b. 將所述焊縫與一電弧氣體組合物接觸,該組合物 被調整爲最大限度地快速淬火該焊縫; -18- 201249575 C· 將所述焊縫與一第二氣體接觸,該接觸主要在所 述焊縫的底面處’以便淬火該焊縫的底面;並且 d. 將所述焊縫與一尾部氣體接觸,以增強該焊縫的 冷卻’從而超越了由所述電弧氣體和所述第二氣體實現的 冷卻》 使輸入到該焊縫中的能量減到最少的TI G焊接電源的 實例包括(但不僅限於)那些利用逆變器技術的電源,所 述逆變器技術產生提高回應速度的脈衝交流電(AC)波 形。所述脈衝逆變器電源產生一具有最小電流的高度穩定 的電弧,該最小電流由完全不同於常規交流電的方波AC 脈衝保持。這種類型的電弧對於焊接薄的鉑板是有利的, 其過程通常是艱難的,且允許高速焊接。該脈衝逆變器還 生成了一更集中的電弧,該電弧允許輸入到該焊縫中的能 量更加精確。這種特徵係控制該焊縫快速凝固性質的關 鍵》因爲從10 Hz至500 Hz的所述高速脈衝將該電弧集 中於一極細的點,所以實現了這點,同時該電弧的穩定性 提高了。最後,高脈衝速度增強了電極的清洗,從而允許 該焊縫的逆轉或清洗週期減少。這再次減少了輸入到系統 中的能量的量。 不僅將該電弧氣體混合物或各種氣體混合物控制在該 焊接電弧而且控制在該焊縫的底側並直接控制在該焊縫本 身的目的提高了該焊縫的冷卻速度,從而可在該焊縫中獲 得一快速凝固的結構。用於保護該焊縫的前面和背面的夾 具和氣體噴嘴的類型係不同·的’並且取決於有待焊接的該 19- 201249575 部件的配置以及有待形成的接頭的類型。該電弧氣體組成 係氬氣或氮氣或兩者的一混合物。用於保護並淬火該焊縫 底側的覆蓋氣體(尾部氣體)係氬氣、氮氣、氨氣或二氧 化碳或者該等氣體中的兩種或更多種的某一組合。爲了提 高該夾具的淬火速度,該夾具本身可以進行冷卻。通過該 尾部氣體噴嘴應用的覆蓋氣體係氬氣、氮氣、氦氣或二氧 化碳或者該等氣體中的兩種或更多種的某一組合。該氣體 噴嘴可與該焊接物品實體接觸,從而藉由傳導淬火該焊接 物品。 按照行業來說TIG焊接係令人滿意的,因爲它易於應 用並且廣泛實施(deployment)。因此,藉由利用一使焊 接必需的能fi減到最少的TIG電源,採用盡可能快地冷卻 該焊縫的保護氣體的一最佳組合,並且適當地緊固該接頭 以便將一淬火氣體主要用於該焊縫底側馬上拖尾該焊縫的 一點上,從而進行TIG焊接。較佳的是,由於其以高脈衝 速度形成一凝聚電弧的能力,所以利用一脈衝AC逆變器 電源,從而降低焊接所需的能量。較佳的是,所述電弧和 保護氣體選自提供所要求的最大淬火速度的氦氣、氬氣或 它們的一混合物。夾具和馬蹄形噴嘴用於優化焊接易用 性,並且它們的佈置和設計將取決於焊縫配置和部件幾何 形狀而有所不同。典型的淬火和保護氣體選自下組,該組 由以下各項組成:氬氣、氦氣、氮氣、二氧化碳及其混合 物。 隨後,利用一壓焊方法焊接連接該鉑板材以生成該焊 -20- 201249575 縫,該壓焊方法選自下組:錘焊、噴九加工、輥 接、電阻焊接、擴散焊接、摩擦焊接及其組合。 該等焊接方法係在該鉑板材的熔化溫度以下實 且爲能在幾個實驗後獲得最佳結果的技術人員熟悉 工方法。但是,較佳的是在室溫以上但是該熔化溫 的溫度下實施該等方法。可在大約1 000°C至大約 的溫度下,更確切地說大約1 200。(:至大約1 3 00°C 約1400°C至大約1 600。<:的溫度下進行這種壓焊操 一步較佳的是,在所述金屬板部分被安排爲重疊前 述金屬板部分在相互面對側上粗化,較佳的是,表 度Ra爲大約0.05 μιη至大約25 μιη,進一步較佳 大約0.5 μιη至大約10 μηι。可以已經在倒角過程 用限定的切割邊緣切斷或者藉由用未限定的切割邊 而進行隨後的表面加工如硏磨,從而提供這種粗糙 化使之有可能在擴散焊接區域提供一增大的表面寻 或使得盡可能地提高焊接參數的可控性。例如,合 熱方式係一氣氧炬。可以局部加熱該等金屬板部分 加熱有待壓焊的整個範圍係可能的,但是往往不經 於摩擦焊接,特別是摩擦攪拌焊接係一用於連接該 的合適方法。 電阻焊接提供了依靠一電流穿過該有待連接的 的邊緣而加熱該等有待連接的邊緣。在輥式接縫焊 使一輥沿著該等有待連接的邊緣通過’將鉑板材的 疊的邊緣壓緊,並因此形成一擴散黏結。同時,可 式縫焊 施的並 的冷加 度以下 1 700°C 或者大 作。進 ,使所 面粗糙 的是爲 中藉由 緣切斷 度。粗 t,和/ 適的加 ,雖然 濟。至 鉑板材 鉑板材 接中, 該等重 以使一 -21 - 201249575 電流通過該輥,以實現加熱該鉑板材。該輥可以足夠寬, 以便貫穿該等有待連接的邊緣的整個寬度將其邊緣壓緊, 但是也可以更窄》爲了獲得一基本上與該鉑板材的厚度一 樣厚的壓焊接頭,將要求一後續步驟例如噴九加工或錘 焊。 應在上面提到的溫度下進行錘焊,並且可藉由將即將 連接的所述邊緣置於一砧上,局部加熱(例如用一氣炬) 並錘擊該等有待連接的邊緣以形成該擴散黏結,從而很容 易地進行錘焊。 噴九加工係一冷加工工藝,其中可用稱爲九的小的球 形介質蟲炸一部件的表面,該部件可包括一焊縫。例如, 該九可以是玻璃珠、陶瓷球或鋼九。由噴九加工獲得的好 處例如顯著提高疲勞壽命係殘餘壓應力和引起的冷加工的 影啓的結果。 利用玻璃珠、陶瓷球或鋼珠噴九加工該焊縫。對於該 鉑板材,玻璃珠係特別有用的。 進行該焊縫噴九加工的條件取決於噴九過程中所選的 九的品質、該九的衝擊強度以及工件的覆蓋度而有所變 化。噴九介質必須是大小均勻的,並且基本上是球形,沒 有鋒利邊緣或破碎顆粒。由一校準帶中的硬度變化確定衝 擊強度,該校準帶伴隨所希望的樣品的噴九加工。適當的 噴九加工強度的選擇取決於具體的樣本、幾何形狀和材 料。覆蓋控制係在噴九加工過程中衝擊樣本表面所能達到 的那種程度。當藉由重疊噴九凹窩而完全阻塞焊接材料的 -22- 201249575 原始表面時’獲得了完全覆蓋。典型地,該九由平均直徑 範圍從大約0_1 mm至5 mm且實質上均句、基本上爲球 形的顆粒組成。噴九可進行範圍從大約5_6〇 sec/cn^的時 間段’或者直到該校準帶顯示弧高(或彎曲)爲〇」5 mm 至〇.6 mm’並且獲得了基本上完全覆蓋。η個週期 ("C η ” )後的覆蓋百分比等於!-(丨-c 1),其中“ η ” 係週期數,並且“ C 1 ”係第一週期後的覆蓋百分比。通 常,獲得基本上完全覆蓋所要求的週期數在1至10的範 圍內變動。 顯然’對於該等壓焊方法,從有待連接的所述邊緣的 一側開始施加一用於焊接的力,因此必須在該鉑板材的相 反側上存在某一底座,例如一砧。除了適合各自的壓焊操 作以及機械力承受能力和與此相關的溫度之外,通常該支 架並沒有具體限制。通常,抗拉強度爲大約800 N/mm2至 大約1 100 N/mm2的鋼(例如RGM 1 7鋼)係合適的。在 輥式縫焊接的情況下,底座區(bay)係與該舶板材的該 等有待連接的邊緣的另一側上的一第一輥相反設置的一第 二輥。在本發明的另一實施方式中,該壓焊方法在一個已 預熱的底座上進行,並且其中至少一個鉑金屬板部分置於 該底座上。更確切地說,將該底座預熱到 300°C至 600°C,尤其是 3 50°C 至 550°C,或者 400°C 至 500°C。 這種預熱係有利的,以便在高溫下進行壓焊,從而避免該 底座具有一散熱器的效果。 爲了避免該鈾板材和該焊接物品翹曲,遵循一定的加 -23- 201249575 工進度(working schedule)可能是有用的。因此,在本 發明的又另一實施方式中,在所述重疊邊緣的熔體焊接部 分上從該板材的一側開始進行壓焊,並且沿著所述重疊邊 緣繼續至該板材的相反側。可替代地,從該板材兩側之間 大約中間的一距離開始進行壓焊,並且沿著所述重疊邊緣 繼續至該板材的一側,隨後從大約中間的所述距離開始至 該板材的相反側。某些情況下一些加工進度會更有用,但 是技術人員能夠藉由一些實驗發現用於各自目的的最佳進 度。 在本發明的一具體®施方式中,該等有待相互連接的 邊緣在它們的整個長度上重疊,在該鈾板材的兩側面邊界 上進行熔體焊接,建立熔體焊接連接,並且從該板材兩側 之間大約中間的一距離開始進行壓焊,並沿著所述重疊邊 緣繼續至該板材的一側,隨後從大約中間的所述距離開始 至該板材的相反側。 在本發明的又另一實施方式中,該等有待相互連接的 邊緣在它們的部分長度上進行重疊,並且在該鈾板材的一 側面邊界上熔體焊接連接。在這個實施方式中,該鉑板材 的該等邊緣通常在該鉑板材的一側面邊界上重疊,並且靠 近該側面邊界焊接連接,同時所述邊緣彼此之間距離較 大,進一步遠離各自的側面邊界。在這種情況下’兩個邊 緣通常隔開,在所述邊緣之間形成一 V形間隙’並且在 該間隙的一側面邊界上重疊並部分熔體焊接連接’同時在 相反側面邊界上不存在重疊或熔體焊接接頭’並且在所述 • 24- 201249575 重疊邊緣的熔體焊接部分上從該板材的一側開始進行壓 焊’並沿所述重疊邊緣繼續至該板材的相反側。這樣,隨 後在壓焊過程中該V形間隙將會變窄,並最終封閉該間 隙。機械加工進度的該等說明特別適於採用噴九加工和/ 或錘焊作爲壓焊方法’但是也可與其他方法一起使用。 如上所述對於其中採用1至10次的噴九加工,可以 重複各自的壓焊步驟。例如,如果有必要,也可利用錘焊 或輥式縫焊接進行相同的操作。 也可組合採用所述壓焊方法;例如,首先,一輥式縫 焊接可用於初步連接所述邊緣,然後噴丸加工該等有待連 接的邊緣,以降低厚度並實現擴散黏結,然後錘焊,以實 現表面結構的改善。另外,對於特定目的,可採用首先噴 九加工然後錘焊,或者相反。 在該壓焊步驟後,去除該焊接物品周邊上的該等熔體 焊接的部分。這可藉由切斷、使用金屬剪、切割輪、線侵 蝕、噴射切割、鐳射切割及其組合實現。或者,可使由該 去除步驟生成的邊緣平滑、硏磨所述邊緣或者以另一方式 加工所述邊緣,以去除尖銳邊緣或者獲得一所希望的表面 結構。 本發明還提供了額外的後處理步驟,可在去除所述熔 體焊接部分後或者壓焊後但是去除所述熔體焊接部分前實 施所述後處理步驟。此類後處理步驟如下所述。 在壓焊後,對由壓焊生成的縫進行冷或熱成型,以使 該縫平滑和/或減少其厚度。在這個過程中,厚度較佳的 -25- 201249575 是減少到原始金屬板厚度(to)的0.9至1.2倍,進一步 較佳的是減少到大約原始金屬板厚度(to)。然後,也可 藉由磨損和拋光該縫而對該縫(如果適當的話,連同整個 表面)進行一表面拋光,以獲得一均勻的表面品質。 在一額外任選的後處理步驟中,壓焊後在大約900°C 至大約1400°C,較佳的是大約1000°C至大約 溫度下進行熱處理(“去應力退火”)。 此外,根據本發明,較佳的是,所述重疊安排涉及將 所述金屬板部分中的一直接置於另一上方/下方。因此, 在所述金屬板部分之間沒有焊接塡料和/或箔。根據本發 明,例如如DE 1 527299的圖1所示,也沒有使用繃帶, 這意味著沒有額外的管段或金屬板置於該等將被引入到有 待連接的邊緣之間的擴散黏結中的金屬板的重疊部分的上 方或下方。已經發現,然而,本發明獲得了比習知技術更 好的蠕變斷裂強度。 已經發現,經過上述焊接技術處理的彌散強化鉑基合 金在大體上相當於該基礎金屬的焊接物品中產生了微觀結 構,並且獲得了相當於該基礎鉑板材的優異的機械特性。 較佳的是,以這樣一方式控制該方法,使得該冷或熱成型 後’該縫的寬度爲原始金屬板厚度(tO)的大約5至大約 1〇倍,並且進一步較佳的是爲原始金屬板厚度(t0)的大 約6至大約7倍。根據本發明,在一冶金顯微磨片中,不 能確定由根據本發明的方法獲得的該縫與沒有縫的鄰近金 屬板部分之間的區別。因此,本發明還涉及一種可由本發 -26- 201249575 明的方法獲得的彌散強化鉑基合金板材的焊接物品。 本發明在此進一步進行說明,但是不限於以下給出的 實例。在所有實例中,該等測試樣品由包含鉑的彌散強化 合金製造,並且由快速固化的粉末藉由上述壓緊和製造技 術製備。列舉的說明本發明原理的具體技術、條件、材 料、比例和報告數據係示例性的,並且不應理解爲限制本 發明的範圍。出於所有有用的目的,在此引用的文獻藉由 引用結合到本申請中,並且因此屬於並補充本發明的揭露 內容。 附圖詳細說明 圖1中,可看到兩個金屬板部分,一第一金屬板部分 1以及一第二金屬板部分4,並且在該實施方式中,該等 金屬板部分具有相同或者至少非常相似的金屬板厚度to。 該等厚度可以彼此不同。以一直線方式向外(即在背向各 自鄰近金屬板部分的那側上)將所述金屬板部分的兩端進 行倒角,因此以一倒角角度形成倒角3和6,倒角寬度用 F表示。根據本發明的一方面,因此,以這樣一方式定向 該等倒角,使得在所述金屬板部分不連接的狀態下,這兩 個金屬板部分不在一平面上或者基本上不在一平面上。在 一重疊寬度爲ϋ的重疊區域中,將隨後有待與這兩個金 屬板部分接觸的各自接觸部分2和5彼此相反設置,有可 能粗化該等接觸部分。該重疊寬度ϋ總是大於該對角寬 度F。 -27- 201249575 在該圖中,該第二金屬板部分4置於一個已經預熱或 者仍要加熱的底座1 0如一砧上。在這種情況下,應將熱 量最初從所述底座轉移到所述第二金屬板部分4,並且, 如果合適的話’還轉移到所述第一金屬板部分1。如果所 述第一金屬板部分1的一部分也置於所述底座10上,也 可直接轉移熱量。可用一具有一夾緊力FE的調准裝置 (未示出)夾緊金屬板部分1和4。總體上,所述調准裝 置藉由所述夾緊的金屬板部分僅與所述底座1 〇間接相 連。該等調准裝置的目的僅僅是保持所述金屬部分連接到 所述底座10,但是不保持金屬板部分1和4在一起,因 爲這藉由熔體焊接連接實現。 圖2a和2b顯示了一實施方式,其中一金屬板1彎 曲’以形成一管狀物品。所述倒角邊緣設置在彼此之上 2 ’並且在該金屬板3的周邊上,該等邊緣與—或兩個熔 體焊接接頭4相互連接。在圖2a中,該金屬板3的周邊 和該熔體焊接接頭4位於一端耳5上,該端耳僅用於此目 的’當熔體焊接後切掉該端耳5時,該端耳用於使金屬損 耗減到最少。注意在2a和2b兩者中,所述熔體焊接接頭 靠近該鉑板材的側面邊界。 【圖式簡單說明】 當參考本發明的較佳實施方式的以下詳細說明和附圖 時’本發明將得到更充分地理解,並且進一步的優點將變 得明顯,在該等附圖中: -28- 201249575 圖1示出了置於一支架上具有倒角的邊緣的板材; 圖2a和2b示出了 一熔體焊接步驟後被安排爲一管狀 物品的板材。
Claims (1)
- 201249575 七、申請專利範圍 1. 一種用於生產彌散強化鉑基合金板材的焊接物品 之方法,包括以下步驟 提供至少一塊彌散強化鉑基合金板材; 任選地’將所述彌散強化鉑基合金板材的有待焊接連 接的邊緣進行倒角; 將該等有待焊接連接的邊緣進行重疊; 將所述彌散強化鉑基合金的重疊邊緣僅在所述邊緣的 周邊進行熔體焊接; 將該鉑板材利用一壓焊方法進行焊接連接以生產該焊 縫,該壓焊方法選自錘焊、噴九加工、輥式縫焊接、電阻 焊接、擴散焊接、摩擦焊接及其組合; 去除該焊接物品周邊上的熔體焊接部分。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熔體 焊接步驟爲TIG焊接(鎢極惰性氣體焊接),該TIG焊 接包括以下步驟:a.調節TIG焊接電源,以使輸入到該 焊縫中的能fl減到最少;b.將所述焊縫與一電弧氣體組 合物接觸,以最大限度地快速淬火該焊縫;c.將所述焊 縫與一第二氣體接觸,該接觸主要在所述焊縫的底面處, 以便將該焊縫的底面淬火;d.將所述焊縫與一尾部氣體 接觸,以增強該焊縫的冷卻從而超越由所述電弧氣體和所 述第二氣體實現的冷卻。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法,該焊接物品 係一管狀物物品,並且該等有待連接的邊緣屬於相同的鉛 -30- 201249575 基合金材料板》 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述 基合金具有一組分,該組分主要由金、銥或錯組成,特 是由選自 PtAu5、Ptlrl、PtRh5、PtRhlO、PtRh20 Ptlr3、Ptlr5純鉑及其組合的合金組成。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,該鉑基合 係用一種氧化物進行氧化物彌散強化的,所述氧化物係 自由氧化釔、二氧化鉻及其混合物組成的組。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中藉由 斷、金屬剪、切割輪、線侵蝕、噴射切割、鐳射切割及 組合實現該等熔體焊接部分的去除。 7 _ 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該熔 焊接方法選自電漿焊接、鐳射焊接、TIG (鎢極惰性 體)焊接、電阻焊接或自熔焊接。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中所述 九加工介質選自玻璃珠、陶瓷球或鋼九。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中實施 述噴九加工步驟進行了範圍從大約 5 sec/cm2至 sec/cm2的時間段。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中僅在 板材的其中一側進行所述邊緣週邊上的所述熔體焊接。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中至少 個金屬板部分被安排爲重疊,該等倒角的邊緣向外延伸 離該鄰近的金屬板部分。 鉑 別 金 來 切 其 體 氣 噴 所 60 該 兩 遠 201249575 12. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中在—個 已預熱的底座上利用一壓焊方法進行焊接連接,並且其中 至少一個金屬板部分置於該底座上。 13. 如申請專利範圍第12項所述之方法,其中將該 底座預熱到300°C至600°C,較佳的是350°C至550。(:, 進一步較佳的是400°C至500°C。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該壓焊 在該等重疊邊緣的熔體焊接部分上從該板材的一側開始進 行,並且沿著該等邊緣繼續至該板材的相反側。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該壓焊 從該板材兩側之間大約中間的一距離開始進行,並且沿著 該等重疊邊緣繼續至該板材的一側,隨後從大約中間的所 述距離開始至該板材的相反側》 16. —種彌散強化鉑基合金板材之焊接物品,該焊接 物品係藉由一種如申請專利範圍第1項所述之方法得到 的。 -32-
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