不銹鋼真空釬焊的工藝要點(diǎn)

1、不銹鋼真空釬焊的工藝要點(diǎn)1 釬焊接頭的設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)釬焊接頭時(shí)，應(yīng)考慮接頭的強(qiáng)度、組合件的定位方法、釬料置放的位置、接頭間隙等諸多因素1.1釬焊接頭連接方式：釬焊接頭有對(duì)接和搭接兩種方式。采用對(duì)接接頭，由于釬料和釬縫的強(qiáng)度一般比母材低，因而對(duì)接接頭不能保證接頭具有與母材相等的承載能力，因此釬焊接頭大多采用搭接形式。通過改變搭接長(zhǎng)度提高釬焊接頭的強(qiáng)度。對(duì)于采用高強(qiáng)度銅基、鎳基釬料釬焊的搭接接頭，搭接長(zhǎng)度通常取為薄壁件厚度的23倍。由于工件的形狀不同，搭接接頭的具體形狀也各不相同。對(duì)于薄壁件而言，常采用鎖邊形式的搭接方式，提高釬焊接頭的強(qiáng)度。1.2接頭的定位：組合件的定位是影響釬

2、焊質(zhì)量的重要因素。定位的方法主要有依靠自重、緊配合、毛刺定位、點(diǎn)焊定位、（氬弧焊）漲口定位、夾具定位等。列管式EGR冷卻器將采用漲口定位、點(diǎn)焊定位、焊接變位器等多種定位方法1.3 釬料的置放釬料置放的原則是應(yīng)盡可能利用釬料的重力作用和釬縫的毛細(xì)作用來促進(jìn)釬料填滿間隙。EGR冷卻器的釬焊將使用鎳基釬料膏狀和非晶態(tài)薄帶兩種。膏狀釬料應(yīng)直接涂在釬縫處，而非晶態(tài)薄帶釬料標(biāo)準(zhǔn)有0.0254mm  0.0381mm等不同的厚度。按工件要求加工成不同的形狀，置于釬縫處?？傊嚮F料合理的使用對(duì)我們來說還要做很多工作，比如釬料表面處理、膏劑的涂覆方法、釬料用量等諸多方面，根據(jù)實(shí)際

3、要求進(jìn)一步完善。1.4 接頭的間隙：釬焊時(shí)是依靠毛細(xì)作用使釬料填滿間隙。正確地選擇接頭間隙很大程度上影響釬縫的致密性和強(qiáng)度。不同的釬料對(duì)接頭間隙的要求也有所不同。鎳基釬料要求接頭間隙為0.020.10mm，比其它釬料相比，這種釬料要求接頭間隙小的特點(diǎn)應(yīng)引起足夠的關(guān)注。由于BNi-2鎳基釬料含有硼（3.2），硅（4.5）可以形成脆性相的元素，為保證接頭的性能，應(yīng)盡量使這些元素在釬縫內(nèi)通過擴(kuò)散作用而降低到最低程度。 當(dāng)間隙小時(shí)，這些脆性相的元素?cái)?shù)量少，向母材擴(kuò)散的距離短，可以通過擴(kuò)散使這些元素在釬縫中的濃度降低。從而避免產(chǎn)生脆性相，提高釬焊的強(qiáng)度。反之這些脆性相的元素將滯留在釬

4、縫中形成脆性相。 資料表明，當(dāng)間隙為“零間隙”、0.05mm、0.1mm時(shí)。脆性相隨著間隙的變化而增大。間隙在0.1mm時(shí)，脆性相不僅增多，而且形成明顯的連續(xù)層。釬縫的強(qiáng)度嚴(yán)重降低，危害極大。因此釬縫最佳間隙應(yīng)控制小于0.08mm。2 工件表面處理釬焊前徹底清除工件表面的氧化物，油污，臟物是釬料和母材相互潤(rùn)濕、擴(kuò)散填充焊縫的前提條件。工件表面凈化處理的方法主要有以下幾種：2.1  清除油污有機(jī)溶劑，金屬洗滌劑，堿溶液：2.2  清除氧化物機(jī)械方法，化學(xué)清洗，電化學(xué)清洗根據(jù)觀察國外樣件表面的光亮度的程度，其表面處理應(yīng)有去油和化學(xué)清洗兩道

5、工序。EGR冷卻器列管式結(jié)構(gòu)，屬薄壁件釬焊，焊點(diǎn)多達(dá)200多個(gè)，還要滿足氣密性，耐腐蝕性，及強(qiáng)度的要求，難度較大。因此徹底清除工件表面的油污，氧化物尤為重要。3.制定溫度曲線空燒凈化的目的是將真空爐升溫到高于焊接溫度80的條件下保溫1.5小時(shí)凈化爐內(nèi)氣氛，使?fàn)t內(nèi)母材和釬料的蒸發(fā)物得以揮發(fā)出去?？諢郎囟雀?，固然凈化效果好。但過高的空燒溫度會(huì)對(duì)爐體熱屏、加熱體有一定的損害?？諢龝r(shí)爐內(nèi)應(yīng)放一些瓷殼，利用瓷殼表面吸附爐內(nèi)的蒸發(fā)物。實(shí)施空燒凈化程序的要求：批量生產(chǎn)710天后真空爐停用后恢復(fù)生產(chǎn)真空度低造成爐體氧化或工件氧化嚴(yán)重爐體重大維修以后4  重熔溫度重熔溫度對(duì)于多級(jí)真空釬焊和釬

6、縫有缺陷回爐補(bǔ)焊，提高成品率來說是很重要的。重熔溫度即焊后釬縫的熔點(diǎn)。不銹鋼在釬焊過程中熔化的釬料與不銹鋼相互作用，使得焊后釬縫的成份不同于所用釬料的成份。釬縫的重熔溫度也不同于釬料的熔點(diǎn)。通常，一般釬料的重熔溫度要高于釬料熔點(diǎn)幾十度。 根據(jù)釬料的重熔與釬料成份、釬焊工藝之間的關(guān)系，確定合適的工藝規(guī)范，使釬縫的重熔溫度大大高于釬料的熔點(diǎn)。不僅提高釬縫的使用溫度，還提高了多級(jí)釬焊或補(bǔ)焊時(shí)的溫度。 資料表明：影響B(tài)Ni-2鎳基釬料重熔溫度的因素很多。而影響釬料重熔溫度的主要因素是母材與釬縫之間元素硼的擴(kuò)散。BNi-2釬料中降低釬料熔點(diǎn)影響最大的化學(xué)元素是硼。釬縫中的硼向母材中擴(kuò)

7、散，使得硼在釬縫中的濃度降低。擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，硼的濃度就降得越低。而硼的蒸發(fā)量很小，影響可以忽略，母材向釬料中的溶解使BNi-2鎳基釬料中的硼的變化量很小。這種變化對(duì)釬縫的液相線有一定的影響，對(duì)固相線（重熔溫度）影響不大。因此，BNi-2鎳基釬料的重熔溫度比釬焊溫度通常要高約100。利用釬料的重熔溫度比釬焊溫度通常要高的特性，可以采用同一溫度曲線對(duì)有缺陷的焊件進(jìn)行回爐補(bǔ)焊，不會(huì)造成原焊縫融化。5.氬氣分壓控制工藝：真空釬焊根據(jù)真空條件不同可分為高真空釬焊，局部真空釬焊兩種。高真空釬焊適用于含有易揮發(fā)元素較少，及氧化物難以分解的釬料、母材。如果釬料中含有較多的易揮發(fā)元素，為了在釬焊溫度下減少釬料、

8、母材中這些元素的蒸氣壓力，提高釬焊質(zhì)量，可以采用通入一定分壓氬氣的局部真空釬焊技術(shù)。 釬焊升溫過程中，釬料和母材能夠保持固相或液相的最低壓力是由計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)確定的。釬焊在高真空狀態(tài)下升溫過程始終要是溫度剛好低于汽化開始的溫度（液相線溫度）時(shí)通入一定量的高純度氬氣。以便平衡在汽化開始的溫度下易揮發(fā)金屬的蒸汽壓力。采用這種技術(shù)，可以減少釬料和母材的蒸發(fā)，從而大大地?cái)U(kuò)大真空釬焊可焊的材料范圍。尤其含有易揮發(fā)元素錳，磷等釬料，效果更明顯。局部真空釬焊工藝可概括為兩次充氬。第一次充氬（氬氣分壓控制），溫度接近焊接溫度時(shí)充氬1015分鐘，氬氣壓力為40kPa。第二次充氬（快冷），降溫到500時(shí)啟動(dòng)

9、快冷，氬氣壓力為7080kPa。61真空釬焊應(yīng)用特點(diǎn)真空釬焊技術(shù)能夠得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，主要是因?yàn)榕c其它焊接方法相比，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。 (1)在全部釬焊過程中，被釬焊零件處于真空條件下(10-2Pa10 Pa范圍)，不會(huì)出現(xiàn)氧化、增聯(lián)、脫碳及污染變質(zhì)等現(xiàn)象，焊接接頭的清潔度和強(qiáng)度較高。 (2)釬焊時(shí)，零件整體受熱均勻，熱應(yīng)力小，可將變形量控制到最小限度，特別適宜于精密產(chǎn)品的釬焊。 (3)基體金屬和釬料周圍存在的低壓，能夠排除全屬在釬焊溫度下釋放出來的揮發(fā)性氣體和雜質(zhì)，可使基體金屬的性能得到改善，而且可以得到很光亮的接頭。 (4)因不用釬焊劑，所以不會(huì)出現(xiàn)氣孔、夾雜等缺陷，可以省掉

10、釬焊后清洗殘余焊劑的工序，節(jié)省時(shí)間，改善了勞動(dòng)條件，對(duì)環(huán)境無污染。 (5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時(shí)完成。選擇適當(dāng)?shù)拟F焊工藝參數(shù)，還可將釬焊安排為最終工序，而得到性能符合設(shè)計(jì)要求的釬焊接頭。 (6)可一次釬焊多道鄰近的焊縫，或同爐釬焊多個(gè)組件。焊接效率高。 (7)可釬焊的基本金屬種類多，特別適宜釬焊鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、不銹鋼、高溫合金等。也適宜于鈦、鋯、鈮、鉬、鎢、鉭等同種或異種金屬的釬焊連接。對(duì)難熔金屬的連接，真空釬焊是產(chǎn)生無疵接頭的最佳方法之一。對(duì)于復(fù)合材料、陶瓷、石墨、玻璃、金剛石等材料也適用。 (8)開闊了產(chǎn)品設(shè)計(jì)途徑，對(duì)帶有狹窄溝槽、極小過渡臺(tái)、盲孔的部件和封閉容器、

11、形狀復(fù)雜的零部件均可采用，無需考慮由釬焊劑等引起的腐蝕、清洗、破壞等問題。但是，真空釬焊也不可避免地存在一些缺點(diǎn)：在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對(duì)含易揮發(fā)元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。如確需使用，則應(yīng)采用相應(yīng)比較復(fù)雜的工藝措施。真空釬焊對(duì)釬焊前零件表面粗糙度、裝配質(zhì)量、配合公差等的影響比較敏感，對(duì)工作環(huán)境要求高。62真空釬焊接頭設(shè)計(jì)的依據(jù)和原則釬焊接頭是組成釬焊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，它釬焊結(jié)構(gòu)的性能和安全等方面有著直接的關(guān)系。對(duì)于任何釬焊接頭，都必須滿足的基本要求為，應(yīng)與被連接零件具有相等的承受外力的能力。接頭的承載能力與許多因素有關(guān)，如：接頭型式、選用的釬料的強(qiáng)度、釬縫間隙值、釬料和基材間相互

12、作用的程度、釬縫的釬著率等，但其中起相當(dāng)重要作用的是接頭型式。真空釬焊時(shí)，選擇或設(shè)計(jì)所需使用的接頭類型，會(huì)受到多種因素的影響。這些因素包括所使用的針焊方法和設(shè)備，釬焊前零件的制造技術(shù)，釬焊件的數(shù)量，施加釬料的方法以及接頭最終使用的要求等。一般，設(shè)計(jì)真空釬焊接頭主要應(yīng)當(dāng)考慮以下原則。621防止應(yīng)力集中一般基材本身能承受較高的應(yīng)力和動(dòng)載負(fù)荷；因此，一個(gè)優(yōu)良的釬焊件設(shè)計(jì)總是不使接頭邊緣處產(chǎn)生任何過大的應(yīng)力集中，而設(shè)法將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到基材上去。為此，不應(yīng)把接頭布置在焊件上有形狀或截面發(fā)生急劇變化的部位，以避免應(yīng)力集中；也不宜安排在剛度過大的地方，防止在接頭中形成很大的內(nèi)應(yīng)力。異種材料組成的接頭，先要計(jì)算不

13、同材料在釬焊溫度下的膨脹量，以驗(yàn)證與推薦的釬焊間隙是否一致，還要充分考慮整個(gè)構(gòu)件受熱所帶來的不利因素。一般把熱膨脹系數(shù)較大的材料盡量設(shè)計(jì)在內(nèi)部，熱膨脹系數(shù)較小的材料設(shè)計(jì)在外部，以保證較小的釬焊間隙。如果二者的熱膨脹系數(shù)相差很懸殊，則在接頭中將引起較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至導(dǎo)致開裂破壞。這時(shí)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償墊片，借助它們?cè)诶鋮s過程中產(chǎn)生的塑性變形來消除應(yīng)力。焊縫部位在冷卻后希望獲得壓應(yīng)力，以免焊縫拉裂。常均選用熱膨脹系數(shù)大的基體金屬圍繞在熱膨脹系數(shù)小的基金屬外部的結(jié)構(gòu)形式。在設(shè)計(jì)由厚度不同的零件組成的接頭時(shí)，為了避免在載荷作用下接頭處發(fā)生應(yīng)力集中，有時(shí)應(yīng)考慮局部地加厚薄件的接頭部分。圖3中

14、列舉了在承受箭頭所示方向的載荷時(shí)，接頭的不同設(shè)計(jì)實(shí)例。622滿足工件的工況要求正確選擇釬焊接頭及釬焊面的結(jié)構(gòu)，以保證真空零部件的氣密性、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。不同的構(gòu)件有不同的使用要求和工況條件，設(shè)計(jì)接頭時(shí)必須對(duì)具體情況采取相應(yīng)的措施。對(duì)于要求承壓密封的釬焊接頭，只要可能的話，都應(yīng)采用搭接型式的接頭，因?yàn)檫@種接頭型式具有較大的釬焊面積，發(fā)生漏泄的可能性比較小。圖4所示為幾種承壓密封容器的典型釬焊接頭。在導(dǎo)電接頭的設(shè)計(jì)中，要考慮的主要因素是導(dǎo)電性。正確的接頭設(shè)計(jì)不應(yīng)使電路的電阻有明顯增大。623有利于釬料的合理放置從結(jié)構(gòu)上限制焊料的流失及使焊料充滿焊縫。真空釬焊中釬料是預(yù)先放置的，設(shè)計(jì)接頭時(shí)，應(yīng)考慮釬

15、料的裝填方式和位置。需要在接頭基材上開槽預(yù)置釬料，槽應(yīng)開在截面較厚的零件上或易加工釬料槽的零件上，如圖5所示。624便于檢驗(yàn)設(shè)計(jì)接頭時(shí)應(yīng)考慮將釬料安放在組件的內(nèi)側(cè)，釬焊時(shí)釬料就會(huì)向外流，檢驗(yàn)者可以直接觀察釬料的流布情況和整個(gè)接頭的釬透情況。在一些情況下，釬料不能放入接頭中，為了保證使釬料適當(dāng)?shù)亓魅虢宇^和便于檢驗(yàn)，釬料應(yīng)放在接頭的一側(cè)，并能流入接頭，這樣就可從接頭的另一側(cè)檢驗(yàn)釬料的流布情況。625確保接頭的裝配間隙值穩(wěn)定接頭的裝配間隙值對(duì)釬焊接頭的性能和釬焊工藝都有著極大的影響，它的確定是釬焊接頭設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。626便于組件的定位及夾持,零件裝爐準(zhǔn)備釬焊時(shí)，要求零件彼此之間應(yīng)能保持正確的相

16、對(duì)位置；接頭設(shè)計(jì)時(shí)，在不影響組件結(jié)構(gòu)性能的前提下，盡可能為組件自重定位和裝配設(shè)計(jì)凸臺(tái)、四槽及工藝臺(tái)階等。627有利于控制和消除組件的變形真空釬焊時(shí)，組件要整體受熱，接頭設(shè)計(jì)要充分考慮重、厚、大的零件應(yīng)置于下邊；輕、薄、小的零件置于上方，以避免高溫時(shí)重力引起的變形。同時(shí)要利于裝配應(yīng)力的釋放。63真空釬焊接頭基本形式在真空釬焊生產(chǎn)中，與其它釬焊生產(chǎn)一樣，基本上采用兩種接頭型式：搭接接頭和對(duì)接接頭。此外，具有T型接頭和角接特點(diǎn)的釬焊接頭，可以當(dāng)作對(duì)接接頭來對(duì)待。631搭接接頭搭接接頭是釬焊連接的基本接頭型式。在搭接接頭中，可借助于搭接面積的改變，使接頭的強(qiáng)度與較弱部件的強(qiáng)度相等，即使使用較低強(qiáng)度的釬

17、料，或者在接頭中存在少量缺陷時(shí)也是這樣。通常，搭接部分至少要3倍于較弱部件的厚度才能獲得最大的接頭效率。圖6為低應(yīng)力狀態(tài)下的搭接接頭。圖7為高應(yīng)力狀態(tài)下的搭接接頭，接頭零件中的圓弧可使載荷均勻分配到基體金屬中去，以避免應(yīng)力集中7搭接接頭能夠獲得最大的接頭效率，而且它的裝配要求也相對(duì)地較為簡(jiǎn)單，容易制造。但是搭接接頭型式也存在其固有的明顯缺點(diǎn)，一方面，增加了基材的消耗，增大了結(jié)構(gòu)重量；另一方面，接頭截面有突然變化，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力集中。釬焊保溫時(shí)間短，某個(gè)組元向母材擴(kuò)散時(shí)間短。在釬料固一液相區(qū)間升溫時(shí)間太長(zhǎng)，釬料部分組元揮發(fā)多。真空壓強(qiáng)太高或真空爐泄漏率大，加熱時(shí)釬料或母材又部分氧化。氧化膜清除不

18、徹底。釬料或母材在堿洗時(shí)過腐蝕而改變了釬料的組分。釬劑用量少，釬料的潤(rùn)濕性不好。(2)消除措施 延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使擴(kuò)散充分完成。采用分區(qū)間升溫，在釬料固一液相區(qū)間快速升溫，減少釬料低熔點(diǎn)組元的揮發(fā)。降低真空壓強(qiáng)，防止加熱時(shí)釬料或母材再度氧化。檢查設(shè)備的壓升率。增加堿液濃度或溫度，或延長(zhǎng)堿蝕時(shí)間，徹底清除氧化膜。降低堿液濃度或溫度（一般控制在60°C），或縮短堿蝕時(shí)間，把釬料或母材分開堿洗，防止堿洗時(shí)改變釬料的組分。增加釬劑用量，改善釬料的潤(rùn)濕性。4 漏焊漏焊是釬焊件對(duì)接處釬縫處無釬料或釬料熔化流失而形成的未焊合的縫隙。(1)原因釬料用量不夠或連接縫隙大。釬焊升溫速率

19、太大導(dǎo)致零件變形大使聯(lián)結(jié)縫隙增大，形不成毛細(xì)現(xiàn)象。釬劑使用量大，釬料的潤(rùn)濕性太好導(dǎo)致釬料流失或釬焊縫過寬。在釬料固一液相線區(qū)間升溫速率慢，釬料低熔點(diǎn)組元的揮發(fā)多改變了釬料組分，提高了余下部分釬料的熔點(diǎn)，降低了釬料和母材間的相互擴(kuò)散作用。裝爐量大或工裝設(shè)計(jì)不合理。工裝太重吸熱量太大，而導(dǎo)致升溫速率慢。保溫時(shí)間長(zhǎng)或冷卻速率慢等，釬料低熔點(diǎn)組元的揮發(fā)多。釬料過腐蝕，改變了其成分進(jìn)而改變了熔點(diǎn)。(2) 消除措施 增加釬料用量，增大工裝的夾緊力縮小連接處縫隙。釬焊前增加釬焊組件的去應(yīng)力退火工序，或者分階段升溫并設(shè)置等溫階段，在500以上快速升溫。減少釬劑的使用量，連續(xù)釬焊時(shí)應(yīng)逐爐減少釬劑的使用量。減少裝爐量，減輕工裝重量，用石墨取代部分不銹鋼?？s短釬料堿腐蝕時(shí)間，或調(diào)整腐蝕工藝參數(shù)，釬料和母材的腐蝕應(yīng)分開進(jìn)行。5 針孔（氣孔） 釬焊過程中熔化釬料中的氣泡在凝固時(shí)形成于表面的孔穴，小的稱針孔，大的稱氣孔。(1)原因釬焊時(shí)真空度達(dá)不到要求，正常釬焊真空度要求在2·0×10-3Pa。釬焊爐內(nèi)壓力大，釬料中的氣泡逸出阻力大。釬料成分不對(duì)，低熔點(diǎn)高蒸氣壓元素含量過高。(2)消除措施在接近釬料熔點(diǎn)處設(shè)定