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铝与奥氏体不锈钢的炉中钎焊工艺

发布日期:2020-11-10 09:41 作者:bbin现金官网 点击:

  铝与奥氏体不锈钢的炉中钎焊工艺。铝与奥氏体不锈钢的炉中钎焊工艺 赵 霞 1, 王永东 1, 孙永鑫 2 【摘 要】为改善铝和不锈钢的焊接接头性能,在奥氏体不锈钢表面预镀覆热浸 镀铝层,应用炉中钎焊工艺进行纯铝与奥氏体不锈钢的钎焊。利

  铝与奥氏体不锈钢的炉中钎焊工艺 赵 霞 1, 王永东 1, 孙永鑫 2 【摘 要】为改善铝和不锈钢的焊接接头性能,在奥氏体不锈钢表面预镀覆热浸 镀铝层,应用炉中钎焊工艺进行纯铝与奥氏体不锈钢的钎焊。利用扫描电子显 微镜和 X 射线衍射仪检测分析钎焊接头的微观组织,并用万能实验机床测定其 剪切性能。结果表明,在实验条件下,选取质量分数 40%的钎剂,钎缝间隙值 为 0.15~0.35 mm,可实现铝与奥氏体不锈钢的炉中钎焊。钎焊接头主要分为 钎缝中心区、富铝层、铁铝合金层三个区域。钎缝有 Si、α(Al)固溶体、FeAl2、 FeAl3、CuAl2 相组成。剪切实验结果显示,钎焊接头强度高于铝母材。 【期刊名称】黑龙江科技大学学报 【年(卷),期】2016(026)006 【总页数】4 【关键词】炉中钎焊; 热浸镀铝; 不锈钢; 钎焊接头 铝及铝合金与不锈钢有相互弥补的物理化学性质,两者的复合连接结构应用广 泛,如航天推进器的热管结构、筒体结构等[1]。传统方法铝及铝合金与钢的焊 接性较差,接头中铁与铝处于化合态,使焊缝的强度和硬度提高,塑韧性降低, 接头易产生应力集中和变形开裂[2]。 热浸镀铝是比较好的钢表面处理工艺,镀铝层与钢呈冶金结合,镀层厚度可控 制,工艺较简单。炉中钎焊是把装配好的工件置于炉中加热进行钎焊方法,保 护气氛可控、经济,可一炉多件或采用连续传送方式批量生产,劳动效率高, 工业应用最为广泛。为此,笔者通过在不锈钢表面预镀覆热浸镀铝层来改善铝 与不锈钢的焊接性,研究铝与奥氏体不锈钢炉中钎焊工艺。 1 材料与方法 实验用 1A50 工业纯铝,熔点约为 660 ℃,化学成分为:w(Al)=99.50%, w(Si)≤0.25% , w(Cu)≤0.05% , w(Mg)≤0.05% , w(Zn)≤0.07% , w(Mn)≤0.05%,w(Ti)≤0.05%,w(Fe)≤0.40%。采用电火花切割方法加工尺 寸为 100 mm×20 mm×2 mm 试样。搭焊材料用 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢, 熔 点 约 为 1 425 ℃ , 化 学 成 分 : w(Cr)=18.00% , w(Ni)=9.00% , w(C)≤0.08%,w(Si)≤1.00%,w(Mn)≤2.00%,其余为 Fe。采用线切割方法 加工试样,尺寸为 100 mm×20 mm×2 mm。空气炉中钎焊使用 AS-3 钎料, 熔点约为 580 ℃,化学成分:w(Al)为 65.00%~69.00%,w(Si)为 3.00%~ 7.00%,w(Cu)为 26.00%~30.00%,w(Mn)为 0.05%,w(Mg)为 0.08%。使 用 FA-4 钎剂,白色粉末,熔点约为 555 ℃,主要化学成分为氟铝酸钾。 采用 SG-5-12 型坩埚式电阻炉对 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢热浸镀铝,温度 800 ℃,时间 6 min。采用 SX-4-10 型箱式电阻炉对 1A50 工业纯铝和热浸镀 铝 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢进行钎焊工艺实验,温度 620 ℃,时间 20 min。 用 MX-2600FE 型扫描电镜观察钎缝组织;由 XD-2 型 X 射线衍射仪测定钎缝 相结构;再由 CMT5305 微机控制电子万能实验机床对钎焊试件进行拉伸和剪 切实验。 2 结果与讨论 2.1 炉中钎焊焊接工艺 2.1.1 热浸镀铝 实验采用 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢热浸镀铝的预镀覆层工艺。工艺过程为:碱 液除油—酸液除锈—助镀—烘干—铝液浸镀—冷却[3-4]。试样的热浸镀铝层 表面光滑平整,无漏镀,无夹渣,可保证钎焊时搭接间隙均匀,满足实验要求。 2.1.2 钎剂质量分数的确定 不同的钎剂质量分数 w 影响着钎料的润湿与铺展以及钎焊接头的性能,使其强 度、脆性有着不同的变化,甚至使两种材料无法焊接牢固,因此,选择最佳且 准确的参数对于实验是十分必要的。图 1 为不同质量分数钎剂下钎料对母材的 润湿情况。由图 1 可见,钎剂为 20%时,试件上的钎料未铺展;钎剂为 30% 时,试件上的钎料铺展小;钎剂为 40%时,试件上的钎料完全铺展;钎剂为 50%时,试件有明显的熔蚀。因此,实验条件下 40%钎剂可保证钎料对母材良 好的润湿与铺展。 2.1.3 钎缝间隙的确定 钎缝间隙值对焊接接头性能有影响,正确选择钎缝间隙是获得良好接头的重要 前提。表 1 列出试样的抗拉强度和断裂位置。 由表 1 可见,钎缝间隙值 l 在 0.15~0.35 mm 拉伸件断于铝母材,说明接头强 度大于母材。反之,在 0.05 和 0.45 mm 间隙时,断于钎缝,说明接头强度低 于铝母材。分析其原因,0.05 mm 间隙偏小,钎料填充困难,钎剂残渣、气体 排出困难,钎缝不致密、不连贯。0.45 mm 间隙偏大,毛细作用减弱,母材易 溶蚀。在实验条件下,间隙值 0.15~0.35 mm 均可行。 2.2 钎缝组织 图 2 为钎焊接头显微组织观察。由图 2 可见,钎缝由钎缝中心区、富铝层、铁 铝合金层构成。钎缝中心区为网状组织,富铝层中存在针状组织,铁铝合金层 由不锈钢基体向富铝层外延生长。为判定各区域组织对钎缝进行能谱分析及物 相分析[5],见图 3 和图 4。图 3 为钎缝 XRD 衍射图谱,经标定钎缝有 Si、 α(Al)固溶体、FeAl2、FeAl3、CuAl2 相组成。图 4 为钎焊接头点能谱,能谱 分析点 1 为 α(Al)固溶体,钎缝中心区存在着大量的灰色网状组织和少量明亮 网状组织,在钎缝中心区,灰色基体为 α(Al)固溶体,白色树枝状为 CuAl2(点 3),Si 相呈骨骼状,这三者以 α(Al)-CuAl2、α(Al)-Si 共晶(点 2)形式存在。这 是铝母材与钎料发生交互结晶,从钎缝边缘向钎缝中心区生长的结果。点 4 位 于铁铝合金层,能谱图可见其主要元素为 Al、Cr、Fe、Mn。这是由于钎焊时 不锈钢母材向钎料溶解,元素扩

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