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不銹鋼真空釬焊的工藝要點

時間:2020-03-31 16:38:35 作者:小編 點擊:

不銹鋼真空釬焊的工藝要點有哪些?沈陽北真真空帶您了解真空釬焊爐,一家專業的真空爐制造商,滿意的服務為您保駕護航,讓您買的更放心,聯系電話:13998872066

釬焊接頭的設計:

  • 設計釬焊接頭時,應考慮接頭的強度、組合件的定位方法、釬料置放的位置、接頭間隙等諸多因素

釬焊接頭連接方式:

  • 釬焊接頭有對接和搭接兩種方式。采用對接接頭,由于釬料和釬縫的強度一般比母材低,因而對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。通過改變搭接長度提高釬焊接頭的強度。對于采用高強度銅基、鎳基釬料釬焊的搭接接頭,搭接長度通常取為薄壁件厚度的2~3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,提高釬焊接頭的強度。

接頭的定位:

  • 組合件的定位是影響釬焊質量的重要因素。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、點焊定位、焊接變位器等多種定位方法

釬料的置放:

  • 釬料置放的原則是應盡可能利用釬料的重力作用和釬縫的毛細作用來促進釬料填滿間隙。EGR冷卻器的釬焊將使用鎳基釬料膏狀和非晶態薄帶兩種。膏狀釬料應直接涂在釬縫處,而非晶態薄帶釬料標準有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。總之鎳基釬料合理的使用對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,根據實際要求進一步完善。

接頭的間隙:

  • 釬焊時是依靠毛細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度。不同的釬料對接頭間隙的要求也有所不同。鎳基釬料要求接頭間隙為0.02~0.10mm,比其它釬料相比,這種釬料要求接頭間隙小的特點應引起足夠的關注。

  • 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,應盡量使這些元素在釬縫內通過擴散作用而降低到最低程度。

  • 當間隙小時,這些脆性相的元素數量少,向母材擴散的距離短,可以通過擴散使這些元素在釬縫中的濃度降低。從而避免產生脆性相,提高釬焊的強度。反之這些脆性相的元素將滯留在釬縫中形成脆性相,。

  • 資料表明,當間隙為“零間隙”、0.05mm、 0.1mm時。脆性相隨著間隙的變化而增大。間隙在0.1mm時,脆性相不僅增多,而且形成明顯的連續層。釬縫的強度嚴重降低,危害極大。因此釬縫最佳間隙應控制小于<0.08mm。

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濕、擴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:

  1. 清除油污

  2. 有機溶劑,金屬洗滌劑,堿溶液: 

  3. 清除氧化物

  4. 機械方法,化學清洗,電化學清洗

  5. 根據觀察國外樣件表面的光亮度的程度,其表面處理應有去油和化學清洗兩道工序。

  6. EGR冷卻器列管式結構,屬薄壁件釬焊,焊點多達200多個,還要滿足氣密性,耐腐蝕性,及強度的要求,難度較大。因此徹底清除工件表面的油污,氧化物尤為重要。

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小時凈化爐內氣氛,使爐內母材和釬料的蒸發物得以揮發出去。空燒溫度高,固然凈化效果好。但過高的空燒溫度會對爐體熱屏、加熱體有一定的損害。空燒時爐內應放一些瓷殼,利用瓷殼表面吸附爐內的蒸發物。
     

實施空燒凈化程序的要求:

  • 批量生產7~10天后

  • 真空爐停用后恢復生產

  • 真空度低造成爐體氧化或工件氧化嚴重

  • 爐體重大維修以后

  • 重熔溫度

  • 重熔溫度對于多級真空釬焊和釬縫有缺陷回爐補焊,提高成品率來說是很重要的。

  • 重熔溫度即焊后釬縫的熔點。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。通常,一般釬料的重熔溫度要高于釬料熔點幾十度。

  • 根據釬料的重熔與釬料成份、釬焊工藝之間的關系,確定合適的工藝規范,使釬縫的重熔溫度大大高于釬料的熔點。不僅提高釬縫的使用溫度,還提高了多級釬焊或補焊時的溫度。

  • 資料表明:影響BNi-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散。BNi-2釬料中降低釬料熔點影響最大的化學元素是硼。釬縫中的硼向母材中擴散,使得硼在釬縫中的濃度降低。擴散時間越長,硼的濃度就降得越低。而硼的蒸發量很小,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。這種變化對釬縫的液相線有一定的影響,對固相線(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有缺陷的焊件進行回爐補焊,不會造成原焊縫融化。 

氬氣分壓控制工藝:

  • 真空釬焊根據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元素,為了在釬焊溫度下減少釬料、母材中這些元素的蒸氣壓力,提高釬焊質量,可以采用通入一定分壓氬氣的局部真空釬焊技術。

  • 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算或經驗確定的。釬焊在高真空狀態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金屬的蒸汽壓力。

  • 采用這種技術,可以減少釬料和母材的蒸發,從而大大地擴大真空釬焊可焊的材料范圍。尤其含有易揮發元素錳,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充氬10~15分鐘,氬氣壓力為40kp。第二次充氬(快冷),降溫到500℃時啟動快冷,氬氣壓力為70~80kp。

真空釬焊應用特點

  • 真空釬焊技術能夠得到迅速的發展和應用,主要是因為與其它焊接方法相比,具有一系列的優點。

  • 在全部釬焊過程中,被釬焊零件處于真空條件下(10-2Pa~10 Pa范圍),不會出現氧化、增聯、脫碳及污染變質等現象,焊接接頭的清潔度和強度較高。

  • 釬焊時,零件整體受熱均勻,熱應力小,可將變形量控制到最小限度,特別適宜于精密產品的釬焊。

  • 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性氣體和雜質,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。

  • 因不用釬焊劑,所以不會出現氣孔、夾雜等缺陷,可以省掉釬焊后清洗殘余焊劑的工序,節省時間,改善了勞動條件,對環境無污染。

  • 可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時完成。選擇適當的釬焊工藝參數,還可將釬焊安排為最終工序,而得到性能符合設計要求的釬焊接頭。

  • 可一次釬焊多道鄰近的焊縫,或同爐釬焊多個組件。焊接效率高。

  • 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。對難熔金屬的連接,真空釬焊是產生無疵接頭的最佳方法之一。對于復合材料、陶瓷、石墨、玻璃、金剛石等材料也適用。

  • 開闊了產品設計途徑,對帶有狹窄溝槽、極小過渡臺、盲孔的部件和封閉容器、形狀復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:

  • 在真空條件下金屬易于揮發,因此對含易揮發元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。如確需使用,則應采用相應比較復雜的工藝措施。

  • 真空釬焊對釬焊前零件表面粗糙度、裝配質量、配合公差等的影響比較敏感,對工作環境要求高。   

真空釬焊接頭設計的依據和原則

  • 釬焊接頭是組成釬焊結構的關鍵,它釬焊結構的性能和安全等方面有著直接的關系。對于任何釬焊接頭,都必須滿足的基本要求為,應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,如:接頭型式、選用的釬料的強度、釬縫間隙值、釬料和基材間相互作用的程度、釬縫的釬著率等,但其中起相當重要作用的是接頭型式。

  • 真空釬焊時,選擇或設計所需使用的接頭類型,會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備,釬焊前零件的制造技術,釬焊件的數量,施加釬料的方法以及接頭最終使用的要求等。

一般,設計真空釬焊接頭主要應當考慮以下原則。   

防止應力集中

  • 一般基材本身能承受較高的應力和動載負荷;因此,一個優良的釬焊件設計總是不使接頭邊緣處產生任何過大的應力集中,而設法將應力轉移到基材上去。為此,不應把接頭布置在焊件上有形狀或截面發生急劇變化的部位,以避免應力集中;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應力。異種材料組成的接頭,先要計算不同材料在釬焊溫度下的膨脹量,以驗證與推薦的釬焊間隙是否一致,還要充分考慮整個構件受熱所帶來的不利因素。一般把熱膨脹系數較大的材料盡量設計在內部,熱膨脹系數較小的材料設計在外部,以保證較小的釬焊間隙。如果二者的熱膨脹系數相差很懸殊,則在接頭中將引起較大的內應力,甚至導致開裂破壞。這時,在設計中應考慮采用適當的補償墊片,借助它們在冷卻過程中產生的塑性變形來消除應力。焊縫部位在冷卻后希望獲得壓應力,以免焊縫拉裂。通常均選用熱膨脹系數大的基體金屬圍繞在熱膨脹系數小的基金屬外部的結構形式。

  • 在設計由厚度不同的零件組成的接頭時,為了避免在載荷作用下接頭處發生應力集中,有時應考慮局部地加厚薄件的接頭部分。     

滿足工件的工況要求

  • 正確選擇釬焊接頭及釬焊面的結構,以保證真空零部件的氣密性、導電性及導熱性。不同的構件有不同的使用要求和工況條件,設計接頭時必須對具體情況采取相應的措施。

  • 對于要求承壓密封的釬焊接頭,只要可能的話,都應采用搭接型式的接頭,因為這種接頭型式具有較大的釬焊面積,發生漏泄的可能性比較小。

  • 在導電接頭的設計中,要考慮的主要因素是導電性。正確的接頭設計不應使電路的電阻有明顯增大。   

有利于釬料的合理放置

  • 從結構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先放置的,設計接頭時,應考慮釬料的裝填方式和位置。需要在接頭基材上開槽預置釬料,槽應開在截面較厚的零件上或易加工釬料槽的零件上。   

便于檢驗

  • 設計接頭時應考慮將釬料安放在組件的內側,釬焊時釬料就會向外流,檢驗者可以直接觀察釬料的流布情況和整個接頭的釬透情況。在一些情況下,釬料不能放入接頭中,為了保證使釬料適當地流入接頭和便于檢驗,釬料應放在接頭的一側,并能流入接頭,這樣就可從接頭的另一側檢驗釬料的流布情況。   

確保接頭的裝配間隙值穩定

  • 接頭的裝配間隙值對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計的一個重要內容。     

便于組件的定位及夾持

  • 零件裝爐準備釬焊時,要求零件彼此之間應能保持正確的相對位置;接頭設計時,在不影響組件結構性能的前提下,盡可能為組件自重定位和裝配設計凸臺、四槽及工藝臺階等。   

有利于控制和消除組件的變形

  • 真空釬焊時,組件要整體受熱,接頭設計要充分考慮重、厚、大的零件應置于下邊;輕、薄、小的零件置于上方,以避免高溫時重力引起的變形。同時要利于裝配應力的釋放。     

真空釬焊接頭基本形式

  • 在真空釬焊生產中,與其它釬焊生產一樣,基本上采用兩種接頭型式:搭接接頭和對接接頭。此外,具有T型接頭和角接特點的釬焊接頭,可以當作對接接頭來對待。 

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,使接頭的強度與較弱部件的強度相等,即使使用較低強度的釬料,或者在接頭中存在少量缺陷時也是這樣。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。高應力狀態下的搭接接頭,接頭零件中的圓弧可使載荷均勻分配到基體金屬中去,以避免應力集中。

  • 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地較為簡單,容易制造。但是搭接接頭型式也存在其固有的明顯缺點,一方面,增加了基材的消耗,增大了結構重量;另一方面,接頭截面有突然變化,會導致產生應力集中。