本文涉及一種三鋁鐵基合金和鋼的焊接技術(shù)，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。

添加活性中間層的擴(kuò)散焊接工藝實(shí)現(xiàn)了鐵鋁基合金和鋼的焊接。該方法特別適用于在耐熱和耐腐蝕的條件下焊接鐵鋁基合金的異種材料。

鐵鋁基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蝕性和良好的耐磨性，可廣泛應(yīng)用于電力建設(shè)、石油化工、核電站等工程結(jié)構(gòu)。將鐵鋁基合金與碳鋼和不銹鋼焊接而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮兩種材料的性能優(yōu)勢(shì)，大大提高結(jié)構(gòu)和設(shè)備的使用壽命。但由于鐵鋁基合金硬度高，塑性差，氫脆敏感性強(qiáng)，鐵鋁基合金與鋼的熱物理性能差異大，焊接時(shí)接合區(qū)形成較大的焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接裂紋，阻礙了鐵三鋁基合金的推廣應(yīng)用。

目前，國(guó)內(nèi)外鐵鋁基合金的焊接主要采用電子束焊接和鎢極電弧焊。使用電子束焊接時(shí)，焊接過(guò)程在真空中進(jìn)行，抑制了氫氣的有害影響，集中的高能量輸入使焊接熔合區(qū)的組織更細(xì)，可以避免焊接裂紋的發(fā)生，但這種方法不適用于大厚度工件。當(dāng)使用氬鎢極電弧焊時(shí)，合金成分和焊接工藝參數(shù)對(duì)鐵三鋁合金焊縫的結(jié)構(gòu)和性能有較大影響。只有含有Cr4.45%和Nb1.0%的鐵三鋁基合金，在焊接速度（v = 4.2~8.5mm/s）和焊接線能量的嚴(yán)格控制下，采取嚴(yán)格的焊前預(yù)熱和焊后慢速冷等工藝措施，可以避免焊接裂紋，因此適應(yīng)范圍有限。

提供一種適應(yīng)性范圍廣，能得到界面結(jié)合性好的焊接接頭，并能達(dá)到260MPa的擴(kuò)散焊接接頭的剪切強(qiáng)度，可滿足鐵鋁基合金和碳鋼及不銹鋼的擴(kuò)散焊接，在耐磨耐腐蝕的場(chǎng)合使用頭部需要加一個(gè)鐵三鋁基合金和鋼的活性中間層。

本文的工藝步驟如下：

焊接前，對(duì)鐵鋁基合金和鋼的待焊表面進(jìn)行機(jī)械和化學(xué)處理;在鐵鋁基合金和鋼之間添加活性中間層，活性中間層為金屬箔;在房間里;擴(kuò)散焊工藝參數(shù)為：真空度4.5×10-5~1×10-3Pa，焊接壓力10~16MPa，焊接溫度980~1100°C，保溫時(shí)間25~60min。

金屬箔的厚度為10-160μm。

金屬箔是純度大于99%的鈦箔或鈮箔。

焊接前，將活性中間層夾在鐵三鋁基合金與鋼工件之間，置于真空擴(kuò)散焊接的真空室中，并用上下卡盤(pán)壓制。

本文提出采用以金屬箔為活性中間層的擴(kuò)散焊接工藝，用于焊接鐵三鋁基合金和鋼。在焊接過(guò)程中，活性中間層會(huì)激活鐵鋁基合金和鋼的擴(kuò)散焊接接觸面，引起Al擴(kuò)散反應(yīng)，促進(jìn)Al原子的擴(kuò)散，保證鐵鋁基合金與碳鋼、不銹鋼的良好結(jié)合。此外，在擴(kuò)散焊接條件下，活性中間層產(chǎn)生Ti和Nb等活性原子，并迅速擴(kuò)散到鐵鋁基合金和鋼中，以促進(jìn)鐵鋁基合金與鋼界面之間的擴(kuò)散結(jié)合。

本文中，使用含有Ti和Nb元素的金屬箔作為活性中間層，其活化溫度范圍低于鐵鋁基合金，碳鋼和不銹鋼的軟化溫度。在擴(kuò)散焊接過(guò)程中，活化中間層金屬箔首先發(fā)生活化反應(yīng)，分解Ti和Nb等活性原子，并迅速擴(kuò)散到鐵鋁基合金和鋼的擴(kuò)散焊接觸面。這種活化過(guò)程，一方面活化了鐵鋁合金和鋼擴(kuò)散焊接觸面上的Al和Fe原子，另一方面，活性原子Ti和Nb與鐵鋁合金和鋼界面處的Al、Fe原子發(fā)生反應(yīng)。生成新的相結(jié)構(gòu)。鐵鋁基合金與碳鋼和不銹鋼之間活性原子Ti和Nb形成的擴(kuò)散反應(yīng)層有助于促進(jìn)鐵鋁基合金與鋼之間形成良好的擴(kuò)散結(jié)合，提高擴(kuò)散焊接接頭的強(qiáng)度性能。

焊接前，將活性中間層鈦箔或鈮箔夾在鐵三鋁合金和鋼工件之間，置于真空擴(kuò)散焊接的真空室中，并用上下卡盤(pán)壓制。它可以減小鐵鋁基合金、活性中間層與鋼之間的微間隙，增加鐵鋁基合金與鋼的接觸面積，促進(jìn)Al，Ti，Nb與鐵鋁基合金與鋼之間的界面。Fe原子擴(kuò)散有利于擴(kuò)散反應(yīng)的不斷進(jìn)行，提高擴(kuò)散焊接界面的結(jié)合強(qiáng)度。

利用本文給出的活性中間層和工藝參數(shù)得到的擴(kuò)散焊接接頭具有HM450的顯微硬度和260MPa的剪切強(qiáng)度，明顯高于通過(guò)鐵鋁基合金和鋼直接擴(kuò)散焊接得到的接頭強(qiáng)度（96MPa）?？蓾M足鐵-三合金基合金、碳鋼、不銹鋼擴(kuò)散焊接接頭的耐磨、耐腐蝕場(chǎng)合的應(yīng)用要求。

本文提出的加入活性中間層的擴(kuò)散焊接工藝是鐵三鋁合金異種材料焊接的重要突破。焊接工藝可以保證鐵-鋁基合金與鋼界面的充分?jǐn)U散結(jié)合，活性中間層中Ti和Nb的活性原子被活化、分解并連續(xù)擴(kuò)散到鐵-鋁基合金和鋼的接觸面，有效解決了鐵三鋁合金與碳鋼和不銹鋼之間難以擴(kuò)散組合的技術(shù)難題，提高了鐵的強(qiáng)度性能。 三鋁基合金和鋼的擴(kuò)散接頭。本發(fā)明具有操作方便、推廣應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于鐵三鋁基合金、碳鋼、不銹鋼的焊接。

（4）具體示例

實(shí)施例1：工藝步驟如下：將純度為>99%的鈦壓制成20μm厚的鈦箔;將直徑為φ50×2毫米的碳鋼表面酸洗8分鐘，然后用砂紙拋光，直到出現(xiàn)金屬光澤。用丙酮溶液浸泡10分鐘，然后用酒精擦洗直徑為φ50×3mm的鐵三鋁合金和浸泡在丙酮中的碳鋼表面;將制備好的厚度為20μm鈦箔的活性中間層夾在鐵上待焊的鋁基合金與碳鋼的接觸面上;然后將帶有活性中間層的鐵-三鋁基合金和碳鋼組件放入真空擴(kuò)散焊接的真空室中，并用上下卡盤(pán)壓制。整個(gè)組合焊件和壓頭的接觸面必須平行。擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)為：真空度4.5×10-4Pa，焊接溫度1050°C，保溫時(shí)間40min，焊接壓力14.5MPa，焊后緩慢冷卻。擴(kuò)散焊頭剪切強(qiáng)度達(dá)到210MPa。

實(shí)施例2：工藝步驟為：純度為>99%的鈮通過(guò)壓制制備成厚度為10μm的鈮箔;將1Cr18Ni9Ti不銹鋼表面用100毫米×40毫米×5毫米的測(cè)試板表面酸洗5分鐘，然后打磨至出現(xiàn)金屬光澤后，放入丙酮溶液中浸泡10分鐘，然后將尺寸為100mm×40mm×5mm的鐵三鋁合金和用酒精浸泡丙酮的不銹鋼表面擦洗;制備的活性中間層厚度為10μm將鈮箔夾放置在黑色鋁合金和不銹鋼的待焊接接觸面上;然后將帶有活性中間層的黑色鋁合金和不銹鋼組件置于真空擴(kuò)散焊接的真空室中并上下使用卡盤(pán)的壓縮要求整個(gè)組合焊件和壓頭的接觸面平行。擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)為：真空度4.5×10-4Pa，焊接溫度1030°C，保溫時(shí)間35min，焊接壓力13.5MPa，焊后緩慢冷卻。擴(kuò)散焊頭剪切強(qiáng)度達(dá)到260MPa。