《一种焊接材料及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种焊接材料及其制备方法.pdf（13页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104117783 A (43)申请公布日 2014.10.29 C N 1 0 4 1 1 7 7 8 3 A (21)申请号 201410352800.X (22)申请日 2014.07.23 B23K 35/32(2006.01) (71)申请人深圳市威勒达科技开发有限公司 地址 518048 广东省深圳市福田区新洲南路 金享楼2栋6楼南 (72)发明人徐玄 顾进跃 顾伟华 袁克艳 (74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人唐致明 (54) 发明名称 一种焊接材料及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种焊接材料及其制备方法。 。
2、该焊接材料由以下质量份数的原料组成：2530 份W，4355份Mo，810份Ni，810份Co，35份 Fe，12份Ti、V、Ru、Re中至少一种。制备方法为： 将上述原料中加入乙醇，在氩气下充分研磨后干 燥，再加入润滑剂混匀进行温压成型，最后经氢气 预烧除去润滑剂即可。本发明焊接材料特别适用 于合金钢与钨电极之间的焊接，可增加该两种材 料成分的同质性，增大接口强度，保证钨电极在工 作时的耐久性；焊接后的钨电极较常规钨电极， 既降低了成本又能保持原有焊接性能，接口强度 高，良好的起弧性能，电弧静特性好，抗高温蠕变 和抗烧蚀性能等，能够在各种工况下替代常规钨 电极。 (51)Int.Cl. 权利。
3、要求书1页 说明书9页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书9页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104117783 A CN 104117783 A 1/1页 2 1.一种焊接材料，其特征在于：其由以下质量份数的原料组成：2530份W，4355份 Mo，810份Ni，810份Co，35份Fe，12份Ti、V、Ru、Re中的至少一种。 2.根据权利要求1所述的一种焊接材料，其特征在于：所述原料W的粒径为20800 m，Mo的粒径为10500 m，Ni、Co、Fe、Ti、V、Ru、Re的粒径独立为10400 m。 3.权利要求1所述的一。
4、种焊接材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1）按权利要求1所述的配比称取各原料粉末，混匀； 2）球磨：在球磨罐中加入混匀的原料和乙醇，在氩气气氛下以100300r/min研磨 3050h，将研磨后的粉末进行干燥； 3）将干燥后的粉末中加入润滑剂，混合30180min，取混合物按照需要的规格进行温压 成型，得到成型坯； 4）将成型坯在400900条件下经氢气氛预烧520min，除去其中的润滑剂，即可。 4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中乙醇体积与原料粉末重量 和的比为（0.41.2）mL：1g。 5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述干燥为在红。
5、外灯照射 下进行干燥。 6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述红外灯的功率为100500W。 7.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于：所述干燥的时间为510min。 8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述润滑剂的质量为原料 粉末重量和的2%20%。 9.根据权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于：所述润滑剂选自二甲基硅油、硬 脂酸正丁酯、石蜡、甘油中至少一种。 10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中所述温压成型所用压机 为落锤式高速压制成形机，压制速率25m/s，冲击锤质量100kg，温度为2028 ，模具为 硬质合金材料制成，。
6、模具加热温度为80180。 权 利 要 求 书CN 104117783 A 1/9页 3 一种焊接材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于稀有难熔金属焊接材料领域，涉及一种焊接材料及其制备方法。 背景技术 0002 焊接工艺是一种以加热方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技 术。不同的焊接方法有不同的焊接工艺和焊接材料。焊接材料主要根据被焊工件的材质、 化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。 0003 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝（或接口）。接口的两侧在焊接时 会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材 料、焊接材料、焊。
7、接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现 象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时 保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 0004 钨电极在实际使用过程中，由于需要夹持，电极棒后端常会有35cm利用不到，造 成材料的极大浪费和使用成本的增加。因此可以将钨电极棒末端35cm换成其他廉价材 料，如Cr-W-Mo-V合金钢，将大大降低钨电极的加工和使用成本，节省大量钨资源和稀土资 源。但采用什么样的焊接材料和焊接工艺才能即可以将钨电极与Cr-W-Mo-V合金钢在高温 下进行完整的焊接，又能保证接口的高强度及焊件的良好性能，是目前。
8、急需解决的问题。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种焊接材料。 0006 本发明的另一目的在于提供一种焊接材料的制备方法。 0007 本发明所采取的技术方案是： 一种焊接材料，其由以下质量份数的原料组成：2530份W，4355份Mo，810份Ni， 810份Co，35份Fe，12份Ti、V、Ru、Re中的至少一种。 0008 进一步的，上述原料W的粒径为20800 m，Mo的粒径为10500 m，Ni、Co、Fe、 Ti、V、Ru、Re的粒径独立为10400 m。 0009 一种焊接材料的制备方法，包括以下步骤： 1）称取以下质量份的原料粉末：2530份W，4355份Mo，810份N。
9、i，810份Co，35份 Fe，12份Ti、V、Ru、Re中的至少一种，混匀； 2）球磨：在球磨罐中加入混匀的原料和乙醇，在氩气气氛下以100300r/min研磨 3050h，将研磨后的粉末进行干燥； 3）将干燥后的粉末中加入润滑剂，混合30180min，取混合物按照需要的规格进行温压 成型，得到成型坯； 4）将成型坯在400900条件下经氢气氛预烧520min，除去其中的润滑剂，即可。 0010 进一步的，上述步骤2）中乙醇体积与原料粉末重量和的比为（0.41.2）mL：1g。 0011 进一步的，上述步骤2）中所述干燥为在红外灯照射下进行干燥。 说 明 书CN 104117783 A 2/。
10、9页 4 0012 进一步的，上述红外灯的功率为100500W。 0013 进一步的，上述干燥的时间为510min。 0014 进一步的，上述步骤3）中所述润滑剂的质量为原料粉末重量和的2%20%。 0015 进一步的，上述润滑剂选自二甲基硅油、硬脂酸正丁酯、石蜡、甘油中至少一种。 0016 进一步的，上述步骤3）中所述温压成型所用压机为落锤式高速压制成形机，压制 速率25m/s，冲击锤质量100kg，温度为2028 ，模具为硬质合金材料制成，模具加热温 度为80180。 0017 本发明的有益效果是： 1）本发明焊接材料的原料配方独特，廉价易得，制备方法简便易行快速。 0018 2）本发明焊。
11、接材料焊接后的接口的强度高，可高达498.8N，对应接口的正应力近 8001000MPa。 0019 3）本发明焊接材料特别适用于合金钢与钨电极之间的焊接，增加了与两边材料成 分的同质性，增大了冶金结合界面强度，保证了钨电极在工作时的耐久性；焊接后的钨电极 较常规钨电极，既降低了成本又能保持原有焊接性能，如接口强度高，良好的起弧性能，电 弧的静特性好，抗高温蠕变性能和抗烧蚀性能，能够在各种工况下替代常规钨电极。 附图说明 0020 图1为推力计测定焊接接口部位力学强度的示意图； 图2为焊接后钨电极零场发射电流密度随温度变化曲线； 图3 为焊接后钨电极的电弧静特性曲线。 具体实施方式 0021 。
12、实施例1： 1）按表1的配比称取各原料粉末共250g，混匀； 表1 焊接材料的原料配方 2）球磨：在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇100300ml、硬质合金球0.252.5kg， 在氩气气氛下以100300r/min研磨3050h，将研磨后的粉末在功率为100500W红外灯下 进行干燥510min； 3）将干燥后的粉末中加入550g润滑剂（二甲基硅油、硬脂酸正丁酯、石蜡、甘油中 至少一种），混合30180min，取0.42.0g复合粉末进行温压成型制得厚0.50.8mm的 说 明 书CN 104117783 A 3/9页 5 圆片状合金坯，得到成型坯；其中温压成型所用压机为落锤式高速压制成形。
13、机，压制速率 25m/s，冲击锤质量100kg，温度为2028 ，模具为硬质合金材料制成，模具加热温度为 80180； 4）将成型坯在卧式电阻炉中400900条件下经氢气氛预烧520min，除去其中的润 滑剂，即可。 0022 实施例2： 1）按表2的配比称取各原料粉末共250g，混匀； 表2 焊接材料的原料配方 2）球磨：在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇200ml、硬质合金球0.5kg，在氩气气氛 下以300r/min研磨30h，将研磨后的粉末在功率为200W红外灯下进行干燥10min； 3）将干燥后的粉末中加入35g润滑剂硬脂酸正丁酯，混合60min，取1.0g复合粉末进 行温压成型制得。
14、厚0.5mm的圆片状合金坯，得到成型坯；其中温压成型所用压机为落锤式 高速压制成形机，压制速率4m/s，冲击锤质量100kg，温度为2028 ，模具为硬质合金材 料制成，模具加热温度为120； 4）将成型坯在卧式电阻炉中500条件下经氢气氛预烧10min，除去其中的润滑剂，即 可。 0023 实施例3： 1）按表3的配比称取各原料粉末共250g，混匀； 表3 焊接材料的原料配方 2）球磨：在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇200ml、硬质合金球0.5kg，在氩气气氛 说 明 书CN 104117783 A 4/9页 6 下以300r/min研磨30h，将研磨后的粉末在功率为200W红外灯下进行。
15、干燥10min； 3）将干燥后的粉末中加入35g润滑剂二甲基硅油，混合60min，取1.0g复合粉末进行 温压成型制得厚0.5mm的圆片状合金坯，得到成型坯；其中温压成型所用压机为落锤式高 速压制成形机，压制速率4m/s，冲击锤质量100kg，温度为2028 ，模具为硬质合金材料 制成，模具加热温度为120； 4）将成型坯在卧式电阻炉中500条件下经氢气氛预烧10min，除去其中的润滑剂，即 可。 0024 实施例4 1）按表4的配比称取各原料粉末共250g，混匀； 表4焊接材料的原料配方 2）球磨：在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇300ml、硬质合金球2.5kg，在氩气气氛 下以100r/。
16、min研磨50h，将研磨后的粉末在功率为500W红外灯下进行干燥5min； 3）将干燥后的粉末中加入50g润滑剂甘油，混合180min，取1.0g复合粉末进行温压成 型制得厚0.5mm的圆片状合金坯，得到成型坯；其中温压成型所用压机为落锤式高速压制 成形机，压制速率5m/s，冲击锤质量100kg，温度为28 ，模具为硬质合金材料制成，模具 加热温度为180； 4）将成型坯在卧式电阻炉中900条件下经氢气氛预烧5min，除去其中的润滑剂，即 可。 0025 实施例5 1）按表5的配比称取各原料粉末共250g，混匀； 表5焊接材料的原料配方 说 明 书CN 104117783 A 5/9页 7 2。
17、）球磨：在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇100ml、硬质合金球0.25kg，在氩气气 氛下以300r/min研磨40h，将研磨后的粉末在功率为100W红外灯下进行干燥10min； 3）将干燥后的粉末中加入5g润滑剂石蜡，混合30min，取1.0g复合粉末进行温压成型 制得厚0.5mm的圆片状合金坯，得到成型坯；其中温压成型所用压机为落锤式高速压制成 形机，压制速率2m/s，冲击锤质量100kg，温度为20，模具为硬质合金材料制成，模具加热 温度为80； 4）将成型坯在卧式电阻炉中400条件下经氢气氛预烧20min，除去其中的润滑剂，即 可。 0026 下面对实施例中制备的焊接材料作进一步的效。
18、果检测。 0027 取实施例23制备的焊接材料进行以下的钨电极和合金钢间的焊接实验，并检 测焊接后接口的强度，以及钨电极的使用性能（引弧性能试验、抗烧损性能测试和电弧静特 性测试），并与目前国内外工业生产中常规的钨电极（深圳市威勒达科技开发有限公司生产 的2.4mm的钍钨电极）进行对比。 0028 焊接实验的操作步骤： 1）取直径相同的钨电极杆、Cr-W-Mo-V合金钢圆杆及实施例23制备的焊接材料； 2）清洗剂超声清洗：将上述3种材料放入装有环保水基清洗剂的超声清洗装置中 进行超声波清洗，超声清洗频率为60130kHz，溶剂温度控制在25100，超声功率为 3001000W，振洗时间为106。
19、0min； 3）去离子水超声清洗：将上述清洗后的材料再放入装有去离子水的超声清洗装置 中进行超声波清洗，超声清洗频率为60130kHz，溶剂温度控制在2050，超声功率为 300600W，振洗时间为510min；然后取出再次放入装有去离子水的超声清洗装置中重复 清洗25次； 4）乙醇超声清洗：将上述清洗后的材料再放入装有乙醇的超声波清洗装置中进行 清洗，超声振洗频率60130kHz，乙醇温度2030，超声功率为300400W，振洗时间为 12min；重复振洗12次；然后将其取出，放置在通风橱内的物料架上晾干； 5）将上述晾干后的三种材料放进聚四氟乙烯工装中，保证钨电极和合金钢杆为竖立状 态（垂。
20、直于地面）；其中焊接材料采用四氟乙烯材质编织的筛网工装，其上网孔小于焊接材 料直径； 6）等离子清洗：将上述工装连同三种材料一起放入等离子清洗设备真空室中，关闭 室门，与等离子装置电极板的距离为1030cm，先开启真空泵抽真空12min，使得真空度 说 明 书CN 104117783 A 6/9页 8 达10 -1 10 -3 Pa，然后关闭真空泵，打开氩气进气阀，当真空室压力达到1001000Pa时，开 启等离子发射装置电源，保证电源功率200800W，持续时间为510min，真空室内温度控 制在20100之间，之后关闭等离子发射电源，继续通入氮气，使得真空室内气压达到 1.010 5 Pa。
21、1.410 5 Pa，待真空室内温度降至2050时打来真空室门取出工装、钨电极、 合金钢杆和焊接材料，整个操作都是在千级净化间或万级净化间中进行； 7）将钨电极杆竖直放置在钎焊机（即高频感应焊接机）工作台上固定，使其受等离子 清洁的一面朝上，将焊接材料用镊子夹放在钨电极杆上表面，保证钨电极杆表面圆周与焊 接材料周边缘对齐；将合金钢杆受等离子清洗的一面向下，与焊接材料边缘对齐，保证钨 电极杆-焊接片-合金钢杆呈现下-中-上直线排列，三者保持同轴竖直组合成整体；整 个操作都是在万级或千级净化间中完成；高频感应焊接机进行焊接时的参数为：充氩气保 护，二次加压时间0.71.4s，二次压力0.050.1。
22、0MPa，焊接温度13001450，保温时间 0.61.2s，二次加压延迟时间0.050.2s，冷却时间24s，高周波功率3.6kW4.8kW，高周波 频率50Hz； 8）将上述焊接后的钨电极杆-焊片-合金钢杆室温放置412h之后，进行杆件圆柱表 面抛光或者磨光处理，即得焊接后的钨电极，该电极的长度和直径与现行各钨电极标准的 长度和直径一致。 0029 一、接口强度试验 对上述用实施例23制备的焊接材料焊接的钨电极进行接口强度检测。试验采用推 力计进行测定，推力计采用气压驱动其钨钢材质的水平杆，作用于竖直放置的电极杆上，保 证水平杆与电极杆垂直且形心点在同一平面内，而使低成本钨电极的钢端朝上，。
23、钨端朝下， 推力计水平杆在钨电极上的作用点距离参考平面（即接口平面）的距离为合金钢杆长度固 定为1.82.2cm，并在整个试验装置周围设置了安全挡板防止伤人，推力计电子显示屏自动 读数（如图1所示的示意图）。每组钨电极取5支，计算平均值。 0030 测试结果如表6所示，从表6中可以看出本发明焊接材料焊接后的接口部位具有 很好的力学强度，均在450N以上，符合钨电极应用的要求，尤其是实施例3焊接材料焊接后 接口的力学强度高达498.8N，对应接口的正应力近8001000MPa。 0031 表6本发明焊接材料焊接后接口部位力学强度的测试 注：500N对应接口正应力8001000MPa 二、焊接材料。
24、焊接后的钨电极引弧性能试验 (1)试验条件：钨电极直径为2.4mm，尖部锥角45度，氩气流量为8L/min，电极伸出 长度3mm，弧长3mm。采用直流正接方式，钨丝为阴极，阳极为水冷紫铜。 0032 (2)试验设备：晶闸管控制直流TIG焊接电源，型号YC-300TSP。数字万用表，型号 DT9205A。电子天平JA1003。 0033 (3)试验结果：实施例23制备的焊接材料焊接的钨电极在30A、80A、150A焊接 电流时，各重复引弧30次，引弧成功率达100，引弧性能优良。并且得到了30A电流下各 说 明 书CN 104117783 A 7/9页 9 钨电极的临界起弧电压，见表7。从中可以。
25、看出，焊接材料焊接后的钨电极临界起弧电压跟 常规钨电极没有明显区别，本发明中的焊接材料确保了前端钨电极杆原有的起弧性能，保 证了钨电极在焊接过程中的良好起弧性能。 0034 表7 30A电流下焊接材料焊接后的钨电极的临界起弧电压 三、焊接材料焊接后的钨电极电子发射性能测量 电子发射性能标准的参数主要是零场电流密度和电子逸出功。一般只要测量出零场电 流密度，就能计算得到电子逸出功。 0035 测试方法：带有涡轮分子泵和离子泵的实验装置，系统极限真空为610 -6 Pa，被 测阴极和阳极通过法兰装入该装置，构成平板型二极管结构，被测阴极可在该装置中加热、 激活、老炼和进行发射性能测量，测试过程中真。
26、空度保持在310 -5 Pa以上。该装置同一套 计算机控制发射性能测量系统相匹配，在计算机控制下完成脉冲或直流发射的I-V特性的 自动测量，可以自动确定并给出零场发射电流值。 0036 由于外加电场和发射电子空间电荷的共同作用，阴阳极间的电场分布除了完全的 拒斥场或加速场外，还有一个过渡区域，该区域电场分布使得阴阳极间有一个位置电场强 度为零，当这个零场位置落到阴极表面时，得到一个表征阴极发射能力的重要参数零场 发射电流密度，其理论值为： j 0 =AT 2 exp（-/kT） 式中：j 0 ，零场发射电流密度（A/cm 2 ）； k，玻耳兹曼常数； A，与材料有关的发射系数，对于钨可取120。
27、A/cm 2 K； ，电子逸出功； T，绝对温度（K）。 0037 电子逸出功对引弧性能也有一定影响，在引弧的过程中，电极温度逐渐升高，放电 状态逐步过渡到电弧放电。在高频引弧中所施加的高频电压就是使电极与母材之间产生火 花放电，引起空间电离，使焊接回路电流逐步增大至电弧放电所需的范围内。在起弧过程中 和刚刚起弧时，电极表面还没有被加热到足够高的温度，还不能作为热阴极而工作。如果电 极表面的逸出功低，则电极产生热电子发射所需的温度就低，电极也越容易产生热电子发 射，在一定电压下，焊接回路的电流增加到产生电弧放电的电流所需的时间就越少，即起弧 越容易成功。 0038 测量结果：得出了实施例23制。
28、备的焊接材料焊接的钨电极材料在不同温度 （13001500）下零场发射电流密度如表8和图2所示，并根据其计算出不同温度下的 电子逸出功（如表9所示）。 0039 表8焊接材料焊接后的钨电极在不同温度下零场发射电流密度 说 明 书CN 104117783 A 8/9页 10 表9焊接材料焊接后的钨电极在不同温度下的电子逸出功 从表89和图2中可以看出，本发明实施例23焊接材料焊接后的钨电极在1300 1500跟常规钨电极相比，零场发射电流密度相近，电子逸出功相近，热电子发射能力好。 材料的逸出功直接反映了它的热电子发射能力。说明本发明中的焊接材料对钨电极电子发 射性能有利。 0040 四、焊接材。
29、料焊接后的钨电极抗烧损性能测试 (1)测试条件电极直径为2.4mm，测试中所用阳极为水冷紫铜，焊接电流180A，电弧 持续时间20min，电极伸出长度3mm，弧长3mm，氩气流量8L/min，电流类型及极性为直流正 接。 0041 (2)测试设备晶闸管控制直流TIG焊接电源，型号YC-300TSP。游标卡尺，型号 CN61M，电子天平JA1003。 0042 (3)测试结果见表10。 0043 表10 焊接材料焊接后的钨电极的抗烧损性能 由表10可见，实施例23焊接材料焊接后的钨电极抗烧蚀性能和常规钨电极没有较 大区别，保持原有抗高温蠕变性能和抗烧蚀性能。 0044 五、焊接材料焊接后的钨电极。
30、电弧静特性试验 (1)试验条件：钨电极直径为2.4mm，尖部锥角45度，氩气流量为8L/min，电极伸出 长度3mm，弧长3mm。采用直流正接方式，钨丝为阴极，阳极为水冷紫铜。 说 明 书CN 104117783 A 10 9/9页 11 0045 (2)试验设备：晶闸管控制直流TIG焊接电源（型号YC-300TSP），数字万用表（型号 DT9205A），电子天平（型号JA1003） (3)试验方法及结果：燃弧后，迅速将回路电流调至20A，按从小到大的顺序依次在电 流为20A，30A，40A，50A，60A，80A，100A，140A时，待电弧燃烧稳定后，测出所对应的稳态电 流、电压值（如表1。
31、1），根据测得的电压、电流值分别做出实施例23焊接材料焊接后的钨 电极，及常规钨电极的电弧静特性曲线(伏安特性曲线)，如图3所示。 0046 表11 焊接材料焊接后的钨电极在不同稳态电流下的电压值 从表11和图3中可以看到实施例23焊接材料焊接后的钨电极与常规钨电极其电 弧静特性曲线趋势走向基本吻合。本发明焊接材料保证了两端组织结构的均匀性和整体稳 定性，从而使得电弧的静特性较好。 0047 通过上面的焊接性能测试结果，可以知道运用本发明焊接材料将合金钢与钨连接 在一起制得的组合钨电极较常规钨电极，既降低了成本又能保持原有焊接性能，能够在各 种工况下替代常规钨电极。 说 明 书CN 104117783 A 11 1/2页 12 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104117783 A 12 2/2页 13 图3 说 明 书 附 图CN 104117783 A 13 。