CN102179587B - 一种真空钎焊中钎料预置工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空钎焊中钎料预置工艺，将钎料与母料卡箍在一起，然后在真空中熔铸，在保证力学性能不改变的前提下，使钎料与母料形成熔融状态，钎料组织结构没有完全解体，仅有共晶液相出现；冷凝后钎料与母料形成微冶金结合，结合强度бb＝60～120MPa，能够承受精加工时不与母料剥离。既解决了钎料毛细作用不超过10mm的限制，而且钎料与母料的高强度结合，又保证了钎料能够进行精确加工而不剥离，尤其适用于难以连接的、隐蔽的、高钎着率的钎焊。

Description

一种真空钎焊中钎料预置工艺

技术领域

本发明属于钎焊技术领域，涉及一种真空钎焊中钎料预置工艺。

背景技术

常规的钎料预置方法是将膏状钎料涂注到待钎位置，或者将箔状钎料粘接或点焊到待钎位置，然后装入钎焊炉中自动钎焊。在钎料放置时尽可能利用钎料的重力作用和钎料间隙的毛细作用来促进钎料填缝，并保证钎料填缝时间隙内钎剂和气体有排出道路。这种方法只能钎焊可视的接头，对于隐藏的、不可视的、全方位的或搭接长度超出常规钎料单向填充深度(不超过10mm)的情况，则无法完成较好的接头钎着率。

而且当待钎零件结构和装配精度等级要求较高或待钎部件之间间隙较小时，常规的钎料涂敷无法预先置入待钎部位。比如，孔与轴之间装配径向间隙较小时(不超过0.02mm)，预置钎料(不论钎料为何种形式)将会导致过盈配合装配无法实施，钎料涂敷无法预先置入待钎部位；即使强迫装入，也会出现轴与孔的精度不论在孔或轴上配合部位涂置的钎料，难以均匀，不能满足设计要求，或者造成钎料自动脱落，致使真空钎焊工艺无法实施，钎缝不能获得满足设计要求的钎缝。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种真空钎焊中钎料预置工艺，在保证力学性能不改变的前提下，将钎料与母材形成熔融状态，冷凝后与母材形成微冶金结合，钎料能够承受精加工而不剥离。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种真空钎焊中钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)将清洗后的箔状钎料剪切成与待钎部位相适应的形状，然后将钎料套装在母料的待钎部位上，并用包覆料卡箍扎紧；

2)将装配好钎料的母料放置在真空炉内熔铸，真空度＜0.8Pa；加热程序：加热速率为3～5℃/min；真空熔铸：达到300～400℃后开始保温，保温时间为30～60min；冷却程序：随炉真空冷却到60℃以下出炉；

3)出炉后检验，如钎料表面缺陷面积大于总面积的5％重复步骤2)进行补救；

4)检验合格后，将结合在母料上的钎料层精加工到设计要求的尺寸。

所述的钎料与母料在熔铸时形成熔融状态，有共晶液相出现；冷凝后钎料与母料形成微冶金结合。

所述的钎料与母料的结合强度为бb＝60～120MPa。

所述的钎料为金-锗-镍-铜合金；母料为铬-锆-铜合金。

以质量分数计，钎料的化学组成为80～88％Au、6～15％Ge、1～1.5％Ni、0.1～0.5％Cu；母料的化学组成为0.5～1.0％Cr、0.2～0.5％Zr，其余为Cu。

所述的包覆料为1Cr18Ni9Ti。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将钎料与母料卡箍在一起，然后在真空中熔铸，在保证力学性能不改变的前提下，使钎料与母料形成熔融状态(钎料组织结构没有完全解体，仅有共晶液相出现)，冷凝后钎料与母料形成微冶金结合，结合强度бb＝60～120MPa，能够承受精加工时不与母料剥离。

本发明提供的钎料预置工艺，解决了钎料毛细作用不超过10mm的限制，将钎料施加到钎焊时不可视、隐蔽的钎缝位置，特别适用于全方位的、搭接长度超过10mm的钎焊，比如高性能轴类零件自动连接、换热器波纹板与管内壁的连接；尤其是适用于多个钎缝一次完成、高钎着率的钎焊。

本发明提供的钎料预置工艺，钎料与母料的高强度结合，保证了钎料能够进行精确加工而不剥离，悬空做超转试验时不被甩掉，在强压力过盈装配时不分层，满足钎料添加的高精度填入。

本发明提供的钎料预置工艺，能够防止钎料脱落，钎着率＞95％，钎缝强度降低在允许的(бb＞200Ma)范围内，钎料在预置过程中除了自身强度不遭到破坏外，母材力学性能也不改变，对后续真空钎焊工艺没有大的影响。

本发明提供的钎料预置工艺，尤其适用难连接的高性能铜合金(Cr-Zr-Cu系列)的钎焊。

具体实施方式

本发明提供的真空钎焊中钎料预置工艺，既解决了钎料毛细作用不超过10mm的限制，而且钎料与母料的高强度结合，又保证了钎料能够进行精确加工而不剥离，尤其适用于难以连接的、隐蔽的、高钎着率的钎焊。下面结合电机转轴的钎焊的具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

需焊接情况介绍：

电机转轴长度为2157mm，待钎处直径为Φ455mm，长度635mm，工作时转速高达7500r.p.m，离心力大。传动轴的主体材料为25CrNi4MoV，沿轴向开有84个倒梯形槽，槽内镶嵌84根Cr-Zr-Cu导条(化学组成为0.5～1.0％Cr、0.2～0.5％Zr，其余为Cu)。需要将导条与端板二者之间连为一体(材料均为CrZrCu)，由于导条端头与端板钎缝沿轴向方向深度达到30mm，径向30mm，每处钎焊面积为900mm²，而且设计要求钎缝钎着率＞95％，确保导条与端板之间导电性能良好、以及高速旋转时钎缝不脱开，бb＞200MPa，轴两端168条钎缝一次完成。毛细作用力无法到达，超出了常规钎料单向填充深度不超过10mm的范围，所以采用钎料预置工艺进行钎料预置，然后再进行真空钎焊。

实施例1钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)钎料与导条的准备

将箔状钎料剪成30×60的长方形片，放入丙酮中清洗，取出后，用热吹风吹干，装入干净袋中待用；钎料为金-锗-镍-铜系，其化学组元为88％Au、10％Ge、1.5％Ni、0.5％Cu，钎料形状为箔状，厚度为0.1mm；

将待钎的导条端头圆柱和端板配合的孔内径用绸布蘸丙酮擦洗干净，放置在干净的环境中等待装配；

2)装配钎料

将钎料弯制成圆形，套在导条端头圆柱部位，用面积大于钎料、厚度为0.1的不锈钢带包覆，用不锈钢卡箍扎紧；将卡箍好钎料的导条整根装入真空炉，水平放置；

3)真空熔铸

真空炉内抽真空，冷态真空度优于0.8Pa；加热程序：加热速率为3℃/min，真空熔铸：达到361℃后开始保温，保温40min；冷却程序：随炉内真空冷却到60℃以下出炉；

4)检验

出炉后目视检验，包括使用5～10倍放大镜，检查熔铸的钎料表面应无明显开裂、缺肉、溶蚀等缺陷，不能接受的明显缺陷，缺陷大于5％总面积需要进行补救，重复步骤3)。

5)钎料层精加工

数控精加工熔铸到导条端头圆柱部位的钎料层，使其精度达到设计要求的尺寸，表面只留0.04mm厚的钎料层(装配径向间隙0.02mm，过盈0.02mm)。

后续的真空钎焊：

将导条装入轴身倒梯形槽中，契紧，用契块从导条两头契入，使导条在倒梯形槽中贴紧上部；超转，7500r.p.m在离心力作用下，进一步契紧导条。

在300T液压机上把84根导条两端头圆柱部位插入两端板对应圆孔，168处过盈配合，一次完成整体装配；整体入炉真空钎焊。

实施例2钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)钎料与导条的准备

将箔状钎料剪成40×80的长方形片，放入丙酮中清洗，取出后，用热吹风吹干，装入干净袋中待用；钎料为金-锗-镍-铜系，其化学组元为80％Au、18％Ge、1.5％Ni、0.5％Cu，钎料形状为箔状，厚度为0.1mm；

将待钎的导条端头圆柱和端板配合的孔内径用绸布蘸丙酮擦洗干净，放置在干净的环境中等待装配；

2)装配钎料

将钎料弯制成圆形，套在导条端头圆柱部位，用面积大于钎料、厚度为0.1的不锈钢带包覆，用不锈钢卡箍扎紧；将卡箍好钎料的导条整根装入真空炉，水平放置；

3)真空熔铸

真空炉内抽真空，冷态真空度优于0.8Pa；加热程序：加热速率为3.5℃/min，真空熔铸：达到365℃后开始保温，保温50min；冷却程序：随炉内真空冷却到50℃以下出炉；

4)检验

出炉后目视检验，包括使用5～10倍放大镜，检查熔铸的钎料表面应无明显开裂、缺肉、溶蚀等缺陷，不能接受的明显缺陷，缺陷大于5％总面积需要进行补救，重复步骤3)。

5)钎料层精加工

数控精加工熔铸到导条端头圆柱部位的钎料层，使其精度达到设计要求的尺寸，表面只留0.04mm厚的钎料层(装配径向间隙0.02mm，过盈0.02mm)。

后续的真空钎焊：

将导条装入轴身倒梯形槽中，契紧，用契块从导条两头契入，使导条在倒梯形槽中贴紧上部；超转，7500r.p.m在离心力作用下，进一步契紧导条。

在300T液压机上把84根导条两端头圆柱部位插入两端板对应圆孔，168处过盈配合，一次完成整体装配；整体入炉真空钎焊。

实施例3钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)钎料与导条的准备

将箔状钎料剪成40×80的长方形片，放入丙酮中清洗，取出后，用热吹风吹干，装入干净袋中待用；钎料为金-锗-镍-铜系，其化学组元为88％Au、10.5％Ge、1％Ni、0.5％Cu，钎料形状为箔状，厚度为0.1mm；

将待钎的导条端头圆柱和端板配合的孔内径用绸布蘸丙酮擦洗干净，放置在干净的环境中等待装配；

2)装配钎料

将钎料弯制成圆形，套在导条端头圆柱部位，用面积大于钎料、厚度为0.1的不锈钢带包覆，用不锈钢卡箍扎紧；将卡箍好钎料的导条整根装入真空炉，水平放置；

3)真空熔铸

真空炉内抽真空，冷态真空度优于0.5Pa；加热程序：加热速率为4℃/min，真空熔铸：达到355℃后开始保温，保温60min；冷却程序：随炉内真空冷却到80℃以下出炉；

4)检验

出炉后目视检验，包括使用5～10倍放大镜，检查熔铸的钎料表面应无明显开裂、缺肉、溶蚀等缺陷，不能接受的明显缺陷，缺陷大于5％总面积需要进行补救，重复步骤3)。

5)钎料层精加工

数控精加工熔铸到导条端头圆柱部位的钎料层，使其精度达到设计要求的尺寸，表面只留0.04mm厚的钎料层(装配径向间隙0.02mm，过盈0.02mm)。

后续的真空钎焊：

将导条装入轴身倒梯形槽中，契紧，用契块从导条两头契入，使导条在倒梯形槽中贴紧上部；超转，7500r.p.m在离心力作用下，进一步契紧导条。

在300T液压机上把84根导条两端头圆柱部位插入两端板对应圆孔，168处过盈配合，一次完成整体装配；整体入炉真空钎焊。

实施例4钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)钎料与导条的准备

将箔状钎料剪成40×80的长方形片，放入丙酮中清洗，取出后，用热吹风吹干，装入干净袋中待用；钎料为金-锗-镍-铜系，其化学组元为88％Au、10％Ge、1.5％Ni、0.5％Cu，钎料形状为箔状，厚度为0.1mm；

将待钎的导条端头圆柱和端板配合的孔内径用绸布蘸丙酮擦洗干净，放置在干净的环境中等待装配；

2)装配钎料

将钎料弯制成圆形，套在导条端头圆柱部位，用面积大于钎料、厚度为0.1的不锈钢带包覆，用不锈钢卡箍扎紧；将卡箍好钎料的导条整根装入真空炉，水平放置；

3)真空熔铸

真空炉内抽真空，冷态真空度优于0.8Pa；加热程序：加热速率为5℃/min，真空熔铸：达到400℃后开始保温，保温30min；冷却程序：随炉内真空冷却到50℃以下出炉；

4)检验

出炉后目视检验，包括使用5～10倍放大镜，检查熔铸的钎料表面应无明显开裂、缺肉、溶蚀等缺陷，不能接受的明显缺陷，缺陷大于5％总面积需要进行补救，重复步骤3)。

5)钎料层精加工

数控精加工熔铸到导条端头圆柱部位的钎料层，使其精度达到设计要求的尺寸，表面只留0.04mm厚的钎料层(装配径向间隙0.02mm，过盈0.02mm)。

后续的真空钎焊：

将导条装入轴身倒梯形槽中，契紧，用契块从导条两头契入，使导条在倒梯形槽中贴紧上部；超转，7500r.p.m在离心力作用下，进一步契紧导条。

在300T液压机上把84根导条两端头圆柱部位插入两端板对应圆孔，168处过盈配合，一次完成整体装配；整体入炉真空钎焊。

实施例5钎料预置工艺，包括以下步骤：

1)钎料与导条的准备

将箔状钎料剪成40×80的长方形片，放入丙酮中清洗，取出后，用热吹风吹干，装入干净袋中待用；钎料为金-锗-镍-铜系，其化学组元为88％Au、10％Ge、1.5％Ni、0.5％Cu，钎料形状为箔状，厚度为0.1mm；

将待钎的导条端头圆柱和端板配合的孔内径用绸布蘸丙酮擦洗干净，放置在干净的环境中等待装配；

2)装配钎料

将钎料弯制成圆形，套在导条端头圆柱部位，用面积大于钎料、厚度为0.1的不锈钢带包覆，用不锈钢卡箍扎紧；将卡箍好钎料的导条整根装入真空炉，水平放置；

3)真空熔铸

真空炉内抽真空，冷态真空度优于0.8Pa；加热程序：加热速率为4.5℃/min，真空熔铸：达到300℃后开始保温，保温60min；冷却程序：随炉内真空冷却到50℃以下出炉；

4)检验

出炉后目视检验，包括使用5～10倍放大镜，检查熔铸的钎料表面应无明显开裂、缺肉、溶蚀等缺陷，不能接受的明显缺陷，缺陷大于5％总面积需要进行补救，重复步骤3)。

5)钎料层精加工

数控精加工熔铸到导条端头圆柱部位的钎料层，使其精度达到设计要求的尺寸，表面只留0.04mm厚的钎料层(装配径向间隙0.02mm，过盈0.02mm)。

后续的真空钎焊：

将导条装入轴身倒梯形槽中，契紧，用契块从导条两头契入，使导条在倒梯形槽中贴紧上部；超转，7500r.p.m在离心力作用下，进一步契紧导条。

在300T液压机上把84根导条两端头圆柱部位插入两端板对应圆孔，168处过盈配合，一次完成整体装配；整体入炉真空钎焊。

实施效果：

钎料在预置过程与母材形成熔融状态(钎料组织结构没有完全解体，仅有Au-Ge共晶液相出现)，冷凝后与母材形成微冶金结合，在待钎部位形成微冶金结合，经过测试，此时的钎料自身强度值仍然为322MPa，钎缝强度可达200MPa，与未经过熔铸前钎缝强度值降低所述10％，能够满足设计要求的钎缝值。

通过熔铸热循环，母材铬-锆-铜的力学性能经测试与未熔铸前的强度值相差很小，能够满足技术指标要求的бb＞400Ma。

通过钎料预置，顺利完成了大型复杂结构高性能铜合金发电机转子轴与导条在550℃条件下进行真空钎焊的工序。

Claims (4)

1.一种真空钎焊中钎料预置工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）将清洗后的箔状钎料剪切成与待钎焊部位相适应的形状，然后将钎料套装在母料的待钎部位上，并用包覆料卡箍扎紧；

2）将装配好钎料的母料放置在真空炉内熔铸，真空度＜0.8Pa；加热程序：加热速率为3～5℃/min；真空熔铸：达到300～400℃后开始保温，保温时间为30～60min；冷却程序：随炉真空冷却到60℃以下出炉；

所述的钎料为金-锗-镍-铜合金；母料为铬-锆-铜合金；以质量分数计，钎料的化学组成为80～88%Au、6～15%Ge、1～1.5%Ni、0.1～0.5%Cu；母料的化学组成为0.5～1.0%Cr、0.2～0.5%Zr，其余为Cu；

3）出炉后检验，如钎料表面缺陷面积大于总面积的5%，重复步骤2）进行补救；

4）检验合格后，将结合在母料上的钎料层精加工到设计要求的尺寸。

2.如权利要求1所述的真空钎焊中钎料预置工艺，其特征在于，所述的钎料与母料在熔铸时形成熔融状态，有共晶液相出现；冷凝后钎料与母料形成微冶金结合。

3.如权利要求1所述的真空钎焊中钎料预置工艺，其特征在于，所述的钎料与母料的结合强度为бb=60～120MPa。

4.如权利要求1所述的真空钎焊中钎料预置工艺，其特征在于，所述的包覆料为1Cr18Ni9Ti。