如何进行半奥氏体析出硬化型不锈钢17-7PH超薄膜盒的焊接

    (1)工况  用于高速旋转密封元件的膜盒，工作温度-240~650℃，焊接速度高达100m/s。膜盒由两个终端和多组波纹状环片组成，每一对环片具有两种不同波形，必须将环片的内缝和外缝焊为一体。膜盒典型结构及膜片断面形状如图5-24所示，内径有Φ32mm、Φ38mm、Φ50mm、Φ70mm等规格，片厚0.15~0.25mm，焊接难度较大。过去习惯使用的膜盒材料1Cr18Ni9Ti，多次使用后会产生较明显永久变形而失去弹性，改用17-7PH后膜片弹性大为增加，从而延长了膜盒寿命，但其焊接性较差，焊接时易产生微裂纹，焊接热循环不当也会影响膜片的弹性。17-7PH的化学成分及力学性能见表5-74和表5-75。

    图5-24    膜盒的典型结构及膜片断面形状

    表5-74    17-7PH钢化学成分（质量分数，%）

    注：表中的单值均为最大值，括号内数值则为名义值。

    表5-75    17-7PH钢力学性能

    ①TH-1050：相变处理+析出硬化处理(566℃)；RH-950：冷处理+析出硬化处理(510℃)。

   (2)施工方案确定

   1)焊接方法：可选择脉冲TIG焊或微束等离子弧焊。

   2)在专用工装上组焊：①内缝：如图5-25所示：两不同波纹膜片所组成的内缝置于A处，以纯铜环和螺旋副压紧，微型焊枪应能到达A处进行焊接。滑块则在矩形槽内滑动，利用锥体顶出，旋转螺杆可实现锥体进退；②外缝：使已焊成内缝的环片叠合后，在外缝位置插入与膜片形状吻合的纯铜半环酗，然后以螺盖使之压紧于B处。旋转螺杆使4个滑块同时向外撑紧，以保持所有外缝都能同心。外缝焊接用纯铜压紧环和纯铜半环的尺寸，应能保证焊接端头伸出长度在0.8~1. 0mm；加工精度则应能保证膜片沿周长都能均匀压紧。

    图5-25    膜盒专用工装的结构

   1-夹具主体2-螺盖3-纯铜压紧环4-螺钉5-弹簧片6-锥体7-滑块

   8-端盖9-外缝压紧螺盖10-滑动键11-固定螺钉12-螺杆

    显然，在该专用工装上组焊，并不需要定位焊。不仅可提高工效，还有利于减少定位焊所导致的缺陷。尽管专用工装制作成本较高，但对批量或大批量生产而言仍属必要。

   (3)焊接参数确定  以PTIC焊方法为例：专用微型焊枪长仅60mm，焊嘴孔径Φ8. 0mm，钨极直径Φ1. 0mm，修磨成10°~20°角。试验表明：选择焊接参数时，必须使焊点之间重叠量n≥2/3，方能保证接头强度，如图5-26所示。

    图5-26    焊点重叠示意图

    图中    S=vH(tm+tT)

   n=1-S/D

    式中  VH-焊接速度；

   tm-脉冲时间；

   tT-休止时间。

    厚度为0.18mm、Φ70mm规格的17-7PH和1Cr18Ni9Ti膜盒内外环缝及两端面法兰盘的焊接工艺参数见表5-76。按此工艺参数焊接的焊缝特征为：熔池长D=1~1.2mm；熔池宽B=0.5~0.6mm；熔池端部间距s=0.28mm；焊点重叠量n=72%～78%。此外，必须指出：①焊端接缝时弧长必须控制在0.5mm左右，否则易引起未熔合或锯齿形焊缝，导致泄漏；②上述参数可以保证lCr18Ni9Ti膜盒的致密性，但未必能消除17-7PH的微裂纹，以保证其不泄漏；③研究与实验均已证实：使焊缝含Ni量由7%提高到12. 6%时可有效消除17-7 PH的微裂纹，从而保证其致密性。就厚度为0.18 mm端接缝，电镀5μm厚镀镍层已足够。故焊前对膜片先作电镀处理，不失为解决问题的简单措施。

    表5-76    厚度为0.18mm、Φ70mm 17-7PH和lCr18Ni9Ti膜盒脉冲TIG焊焊接参数

   (4)结果评定  ①上述专用工装和焊接工艺可成功焊接超薄金属膜盒，微束等离子弧焊也有相似效果；②lCr18Ni9Ti膜盒的弹性不如17-7PH，但裂纹敏感性较小。为确保不出现微裂纹和渗漏，17-7PH膜片在焊前应先行镀镍处理。

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