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高温合金的钎焊 - 上海彪锐焊接材料有限公司

高温合金可分为以下几类:

(1)铁基高温合金,如GH132,它属于时效硬化奥氏体合金,可制造700℃以下工作的工件;

(2)铁镍基高温合金,如K14,用于900℃以下燃气涡轮导向叶片或工作叶片;

(3)镍基高温合金,绝大部分高温合金属于镍基合金,它们用来制造火焰筒、燃烧室、涡轮工作叶片和导向叶片等。

高温合金的钎焊 - 上海彪锐焊接材料有限公司主要用于高温工作的构件,如燃气涡轮导向叶片或工作叶片、火焰筒、燃烧室和加力燃烧室等。

1.钎焊特点

高温合金含有较多的铬,表面的Cr2O3比较难以去除。钎焊高温合金时,很少摘用钎剂,因为钎剂中硼酸和硼砂同母材作用后产生硼向母材渗入,造成各种缺陷。所以高温合金绝大多数都用气体保护钎焊和真空钎焊。同时,对保护气体的纯度要求高。

对于一些含铝、钛量高的高温合金来说,如GH33GH37GH132K3K14K17等,它们的表面除了形成Cr2O3外,还有Al2O3TiO2等氧化物,这两种氧化物无论是在氢气或氩气保护下钎焊均不能除去,必须摘用一些其它措施。含铝、钛高的合金最适于真空钎焊,此时可得来光洁的表面,确保钎料很好铺展。

高温合金都在淬火状态下使用,有的还要经过失效处理,以保证获得最佳性能。因此,对这些合金的钎焊温度应挑选尽量与它们的淬火温度一致。钎焊温度过高,会影响其性能,例如,与GH33成分相接近的Inconel702合金,经1220℃钎焊后,其抗拉强度比正常热处理后的抗拉程度低很多,这是由于钎焊温度比正常淬火温度高得多的原因。

对于GH37K3等固溶处理温度较高(1200℃左右)的合金来说,经过1200℃钎焊加热后,对合金性能没有影响。而对时效硬化合金来说,钎焊后还应按照规定的规范进行时效处理。

2.钎料、钎剂和保护气体

(1) 钎料

高温合金多在高温下工作,所以选用的钎料应满足高温工作的要求如下:

类别

牌号

钎料主要成份(质量分数,%

熔化温度/

镍基

BNi-1

Cr14.0Si4。0,B3。3,Fe4.5,Ni

970~1036

BNi-2

Cr7.0Si4.5B3.1Fe3.0,Ni

970~999

BNi-5

Cr19.0,Si10.2,Ni

1075~1135

含钯

钎料

Ag-20Pd-5Mn

1000~1120

Ag-33Pd-3Mn

1180~1200

Cu-20Pd-3Mn

1060~1100

Ni-31Mn-21Pd

1120

钎焊高温合金时最常用的钎料是镍基钎料,用镍基钎料钎焊的一些高温合金的性能如下

B-Ni73CrFeSiB钎料钎焊的GH30合金的接头强度

接头强度/MPa

600

700

800

850

900

抗剪强度

钎焊后未处理

277~296

273~283

219~223

钎焊后氧化处理

313~325

126~128

111~129

抗拉强度

254~271

191~194

144~145

从表中数据可以看出,用镍基钎料钎焊的高温合金的接头强度性能是相当好的。

氧化处理,系在静止空气下,在一定温度下,每次加热24h,累计100h

B-Ni82CrSiBFe钎料钎焊的一些高温合金的性能

母材

试验温度/

接头抗拉强度

/MPa

接头抗剪强度

/MPa

K3+GH30

20

229

163

900

182

K14+GH30

20

310

229

800

292

K14+GH132

800

185

用镍基钎料钎焊高温合金时,接头强度随间隙大小而变。而间隙很小时,可以得来均一的固溶体组织的钎焊接头,这种接头的强度和塑形都比较好。如果接头的间隙增大,接头强度下降,所以必须保持较小的间隙。

用含硼、碳的钎料钎焊高温合金时,也会发生晶间渗入现象。晶间渗入的深度,除了同钎料含硼和含碳量有关外,还与母材的成分有关。对于一些除含铬外,尚含有钼、钨、钴等元素的高温合金来说,由于这四种元素均能同钎料中的硼形成稳固的硼化物,铬、钼和钨又能同碳形成稳固的碳化物,晶间渗入的深度可能增大,特别是钎焊薄件时对性能影响较大。含硅、锰等元素的镍基钎料,主要是向晶粒内部体积扩散,对母材性能影响较小。

含钯钎料也用来钎焊高温合金,用银锰钯和镍锰钯钎料钎焊GH33合金的一些性能如下:

钎料

20

600

700

750

800

850

Ag-20Pd-5Mn

154

122。5

122。5

108

76

Ag-33Pd-3Mn

170

170

138

Ag-31Mn-21Pd

338

276

216

216

154

122。5

含钯钎料的高温性能虽然没有镍基钎料高,但是银锰钯钎料塑形好,可以制成各种形状,钎料对间隙的敏锐性小,对母材的扩散和溶蚀小,适于钎焊薄件。镍锰钯钎料同样对母材溶蚀小,工艺性能好,可以用来钎焊850℃以下工作的焊件。

(2)钎剂及保护气体

镍基高温合金的钎焊 - 上海彪锐焊接材料有限公司,一般摘用保护气体炉中钎焊及真空钎焊。高温合金在干燥、无氧的保护气体中钎焊时可以防止大多数氧化物的生成,而且在大多数情况下可减少原先存在的氧化物。但是,含有钛或铝的高温合金,它们的氧化物难以去除。对于这类合金应该在133mPa或更高的真空中进行钎焊。如果在氢气中钎焊,则要求氢气的露点较低。在惰性气体中钎焊时,为了获得更好的效果,可通入活性气体(BF3)或用硼砂类钎剂。

3。钎焊工艺

① 钎前准备

镍基高温合金钎焊前的清理是保证钎焊质量和接头在高温实用性能的复要环节。清理的目的在于清除表面的氧化物、油脂、污物或其它外来杂质,防止焊件在高温时受低熔点元素,特别是铅和硫的影响。

清除镍基高温合金的油污用温热的肥皂水,溶性油、动物油、润滑油或脂肪酸混合物可用温热的(82~93℃)、质量分数为10%~20%的等量碳酸钠和磷酸三钠溶液清洗,其中碳酸钠可由氢氧化钠代替。零件在这种溶液中浸泡0.5h,然后在水中漂洗。矿物油和润滑脂容易溶解于三氯乙烯和其它有机溶液中,但清洗必须彻底。

高温合金表面的氧化膜是比较坚强的,用钢丝刷很难清楚它们,可用金钢纱布或研磨加以去除。

酸洗是一种比较彻底清除氧化物的措施,镍基高温合金的酸洗配方及工艺如下:

酸洗液配方

温度

时间

/min

容器材料

/L

硝酸波美度38/L

氢氟酸(49%/L

12

4

5/8

49~60

15~90

石墨,砖

用镍基钎料钎焊高温合金时,间隙的大小直接影响来接头的强度和塑性。间隙很小时,可以得来均一的固溶体组织,接头强度和塑性都比较好。因此,焊件的装配间隙应在0.5mm以下。

② 钎焊技术

高温合金广泛使用气体保护钎焊。对GH30合金来说,主要是去除合金表面的Cr2O3,如下表:

氢气露点

/

钎焊温度

/

加热速度

/(℃/min

保温时间

/min

表面情况

-45

1060

73

6

稍发黑,钎料基本铺展

-52

1070

73

6

基本发亮,钎料铺展平均

-55

1060

73

6

光亮,钎料铺展平均

-60

1090

73

6

很光亮,钎料铺展平均

以上表格是用B-Ni82CrSiBFe钎料在氢气保护下钎焊GH30合金的结果。可见钎焊GH30合金时,要求摘用高纯度的氢气。钎焊含AlTi量高的高温合金时,氢气不能还原合金表面的氧化膜,钎料铺展性很差,此时需摘用少量的钎剂,或在工件表面预先镀镍。一般来说,在钎焊加热较快的情况下,0.025~0.05mm厚的镀镍层是有效的。

用氩气保护钎焊高温合金时,同样应摘用高纯度的气体。对于含AlTi量高的高温合金,很难除去工件表面的氧化膜,此外可用Ar+BF3的混合气体。

高温合金的真空钎焊可获得最好的质量,特别是钎焊含AlTi量高的高温合金,当真空度为65mPa~13mPa时,可以得来光亮的表面,钎料铺展性很好。如用B-Ni71CrSi钎料真空钎焊得来的GH167合金街头,其致密性好,强度也很高;使用钎剂的接头因在钎焊接头内有钎剂夹杂物而强度较低;镀镍工件的氢气保护钎焊接头的强度最低,接头总是在镀镍的分界面上破坏。因此,对于含AlTi高的合金来说最好用真空钎焊。

使用粉末状镍基钎料时,可用聚苯乙烯的二甲苯溶液、聚甲基丙烯酸酯的三氯乙烯溶液、光学树脂溶液作为粘结剂,调成膏状使用,粘结剂在550℃生化,不会在表面上留下残渣。

用镍基钎料钎焊高温合金时,会发生母材向钎料的溶解。溶解强弱视钎焊温度、钎料数量及钎焊时间而定。特别是用含硼钎料钎焊时,母材的溶解更显著,必须控制钎焊温度、钎料数量及钎焊时间等,以免引起溶蚀,荣穿等缺陷。

利用钎料和母材的相互扩散可以提高钎焊接头的性能。例如,用B-Ni73CrFeSiB钎料在1200℃下钎焊GH33合金时,将保温时间延长7h,依靠钎料和母材之间的扩散,可以得来均一的固溶体组织,使钎焊接头基本上达来等强度。

③ 钎焊后处理

在真空气氛及适宜的气保护气氛中钎焊出来的高温合金件,通常不必进行钎后处理。但如果发生了氧化,就要对组件作酸洗处理。对于工作在高温或腐蚀介质中的焊件,如果在钎焊时使用了钎剂,则要清除钎剂的残渣。

钎焊能时效硬化的镍基合金,可于钎焊后进行时效处理,这种合金所需的钎料的熔化温度一定要高于基体金属时效处理的温度。



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