專利名稱：一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，屬于激光焊接技術領域。
背景技術：
上世紀八十年代初期，激光焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域，隨著激光技術、焊接技術和機器人技術的迅速發展，在中國，以激光焊接技術為代表的技術已經開始進入生產階段，成為經濟增長方式轉變和提高產品附加值的重要驅動力，主要應用包括:(I)主要用于耐磨底座結構零部件、油氣運輸閥門組件及油輪容器的環形結構件；(2)主要用于航空結構件以及高端硬質合金工具的直焊縫結構件。研究表明，利用激光束作為熱源，可實現硬質合金與鋼的焊接并獲得完整的焊縫成形，然而，在采用激光作為熱源，無坡口無填充焊接條件下，硬質合金中的碳化鎢會發生溶解，如邊緣溶解、穿晶斷裂、團聚粗化以及大范圍裂解等問題。焊縫上部兩側硬質合金中的碳化鎢顆粒邊界和尖角會發生局部溶解破壞，以致破壞硬質合金原有的組織和性能，使硬質合金失效，成為耐磨底座結構零部件產業升級、油氣運輸關鍵設備中硬質合金-鋼焊接件以及高端硬質合金工具制造的關鍵問題和主要瓶頸。
發明內容
針對現有技術所存在的上述問題，本發明的目的是提供一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法。為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶 解的方法，所述焊接頭的一側是硬質合金，另一側是鋼或者鈦合金；其特征在于:采用添加稀土 Sc2O3的因瓦合金作為焊接材料，采用激光填絲焊接工藝進行焊接。作為進一步優選方案，所述的硬質合金的含鈷量為6 40wt%。作為進一步優選方案，所述的硬質合金不開坡口 ；所述的鋼或者鈦合金在被焊母材厚度小于6mm時開單邊Y型坡口，在被焊母材厚度大于等于6mm時開K型坡口。作為進一步優選方案，添加稀土 Sc2O3的因瓦合金的組成如下:Ni占36 42%，Mn占 0.2 0.5%, Sc2O3 占 2 6%，Si 彡 0.5%，C 彡 0.0065%, S ^ 0.0065%,P ^ 0.006%,余量為Fe。作為更進一步優選方案，所述的因瓦合金是采用真空感應熔煉方法制備而得，熔煉溫度為1400 1500°C。作為進一步優選方案，進行激光填絲焊接工藝如下:激光功率為3 6kW，光斑直徑為I 1.5mm,離焦量為O 8mm，焊接速率為10 25mm/s，保護氣體為氦氣，氣體流量為32L/min,手動送絲。作為進一步優選方案，進行焊接的焊縫結構為環形焊縫結構或直焊縫結構。
利用本發明技術可有效解決現有技術中存在的因激光焊接頭界面碳化鎢發生溶解致使硬質合金原有的組織和性能破壞，使硬質合金失效的技術問題，可有效控制制造耐磨底座結構零部件、油氣運輸閥門組件、油輪容器、航空結構件以及高端硬質合金工具過程中發生的激光焊接頭界面碳化鎢的溶解，可促使耐磨底座結構零部件產業的升級，實現油氣運輸關鍵設備中硬質合金-鋼焊接件以及高端硬質合金工具的制造。
圖1是在不同焊接條件下的硬質合金界面側碳化鎢的溶解行為對照圖，其中:a圖是在鎢極氬弧焊接條件下；b圖和c圖是在激光-氬弧復合焊接條件下；d圖是在本發明的激光焊接條件下；圖2為實施例1制得的“硬質合金-因瓦合金-鋼”激光焊縫顯微組織圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明做進一步詳細、完整地說明。實施例1選擇WC-30Co硬質合金和45鋼作為被焊母材，被焊母材的厚度為3mm ;添加稀土Sc2O3的因瓦合金作為焊接材料；清除硬質合金、鋼、因瓦合金表面的銹蝕、氧化膜或油污后，于150°C烘干備用；所述的因瓦合金的組成如下:Ni占42%，Mn占0.3% ,Si占0.2%，Sc2O3占4%，C彡0.006%, S ( 0.006%, P ^ 0.006%，余量為Fe ;且所述的因瓦合金是采用真空感應熔煉方法制備而得，熔煉溫度為1460°C，模殼澆注成棒狀，自然冷卻，鍛打壓錠成型；硬質合金側不開坡口 ；鋼側開單邊Y型坡口，并用丙酮或乙醇清洗坡口表面；使待焊區域局部預熱到120°C，然后采用激光填絲焊接工藝施焊:激光功率為3kW，光斑直徑為1mm，離焦量為0mm，焊接速率為12mm/s，保護氣體為氦氣，氣體流量為32L/min，手動送絲，焊后緩冷；取樣，沿橫截面剖切，進行宏微觀分析。經檢測，在硬質合金與鋼的焊接過程中，采用添加稀土 Sc2O3的因瓦合金作為焊接材料，采用激光填絲焊接工藝，在硬質合金側界面沒有發現溶解的碳化鎢，如圖1(d)所示，有效控制了硬質合金與鋼焊接過程中發生的界面碳化鎢溶解問題。圖1(a)是在鎢極氬弧焊接條件下的硬質合金界面側碳化鎢的溶解行為圖；圖1(b)和(c)是在激光-氬弧復合焊接條件下硬質合金界面碳化鎢的溶解行為圖；從圖1可以得知，在無填充材料的條件下，由于要保證焊件的熔透，必須具有足夠的焊接熱輸入，以致硬質合金側界面碳化鎢發生一定量的溶解，相比較而言，鎢極氬弧焊接條件下的碳化鎢溶解量最大，而采用本發明技術沒有發生界面碳化鎢溶解現象。圖2是本實施例制得的“硬質合金-因瓦合金-鋼”激光焊縫顯微組織圖，由圖2可見:采用本發明技術得到的焊縫主要由垂直于界面的柱狀晶組成，且晶粒大小不同；在焊縫中心位置，由于激光束的作用以及保護氣體對熔池的作用，柱狀晶方向各異。實施例2 本實施例與實施例1的不同之處僅在于:所用的被焊母材為WC-30CO硬質合金和α鈦合金，其余內容均與實施例1中所述相同。實驗證明，當被焊母材為硬質合金和鈦合金時，使用本發明技術，也未發生界面碳化鎢溶解現象。實施例3本實施例與實施例1的不同之處僅在于:所用的被焊母材的厚度為6mm，鋼側開單邊K型坡口 ；其余內容均與實施例1中所述相同。實驗證明，當被焊母材的厚度為6mm，鋼側開單邊K型坡口時，使用本發明技術，也未發生界面碳化鎢溶解現象。綜上所述可見:利用本發明技術可有效解決現有技術中存在的激光焊接頭界面易發生碳化鎢溶解的技術問題，對促使耐磨底座結構零部件產業的升級、實現油氣運輸關鍵設備中硬質合金-鋼焊接件以及高端硬質合金工具的制造具有重要意義。最后有必要在此指出的是:以上內容只用于對本發明的技術方案作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調 整均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，所述焊接頭的一側是硬質合金，另一側是鋼或者鈦合金；其特征在于采用添加稀土 Sc2O3的因瓦合金作為焊接材料，采用激光填絲焊接工藝進行焊接。
2.根據權利要求I所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于所述的硬質合金的含鈷量為6 40wt%。
3.根據權利要求I所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于所述的硬質合金不開坡口 ；所述的鋼或者鈦合金在被焊母材厚度小于6mm時開單邊Y型坡口，在被焊母材厚度大于等于6mm時開K型坡口。
4.根據權利要求I所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于，所述的因瓦合金的組成如下Ni占36 42%，Mn占O. 2 O. 5%，Sc2O3占2 6%，Si彡O. 5%,C ≤ O. 0065%, S ≤ O. 0065%, P ( O. 006%，余量為 Fe。
5.根據權利要求4所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于所述的因瓦合金是采用真空感應熔煉方法制備而得，熔煉溫度為1400 1500°C。
6.根據權利要求I所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于，進行激光填絲焊接工藝如下激光功率為3 6kW，光斑直徑為I I. 5mm，離焦量為O 8mm，焊接速率為10 25mm/s，保護氣體為氦氣，氣體流量為32L/min，手動送絲。
7.根據權利要求I所述的控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，其特征在于進行焊接的焊縫結構為環形焊縫結構或直焊縫結構。
全文摘要
本發明公開了一種控制激光焊接頭界面碳化鎢溶解的方法，所述焊接頭的一側是硬質合金，另一側是鋼或者鈦合金；其特征在于采用添加稀土Sc2O3的因瓦合金作為焊接材料，采用激光填絲焊接工藝進行焊接。利用本發明技術可有效解決現有技術中存在的因激光焊接頭界面碳化鎢發生溶解致使硬質合金原有的組織和性能破壞，使硬質合金失效的技術問題，可有效控制制造耐磨底座結構零部件、油氣運輸閥門組件、油輪容器、航空結構件以及高端硬質合金工具過程中發生的激光焊接頭界面碳化鎢的溶解，可促使耐磨底座結構零部件產業的升級，實現油氣運輸關鍵設備中硬質合金-鋼焊接件以及高端硬質合金工具的制造。
文檔編號B23K35/30GK103252577SQ20121003879
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者徐培全, 任江偉, 馬丁, 盧慶華, 鄧沛然, 楊尚磊 申請人:上海工程技術大學