CN102922072A - 一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法 - Google Patents

一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法 Download PDF

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康文军
张军
时孝雷
温嵘
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Abstract

本发明提出了一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，将待焊接零件放置在密闭盒中，并将密闭盒整体置于真空炉中进行钎焊，实现在钎焊过程中，有效地将挥发元素分子阻挡停留在密闭盒中，焊缝中钎料挥发的元素铜、锰自身形成一种相对稳定的金属蒸汽压氛围，这种蒸汽压大于保护气体气压，达到焊缝成形所需的最佳蒸汽压，能有效地防止钎缝中的元素挥发，使得钎焊过程中焊缝成型致密，钎料流动性良好，使焊缝质量优良。

Description

一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法
技术领域
本发明涉及机械制造材料连接领域，具体为一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法。
背景技术
在航空发动机制造过程中，目前越来越多地利用真空钎技术，最常见的零件有叶片、机匣、蜂窝、管类零件等，这些零件的材料大多为不锈钢、高温合金等。采用真空钎焊连接使用的钎料有镍基、金基、银基、铜基等类型。由于现代发动机零组件结构复杂，焊缝数量多，而且要求焊缝强度高，镍基、金基、银基钎料有其自身特点被选用，但相对铜基钎料来说造价高，从性能价格比综合考虑，往往选用铜基钎料。申请号为201010534864.3的发明专利中公开的铜锰钴镍钎料就属于铜基钎料中的一种新型钎料。
铜基钎料中常常含有锰、镍等元素，以此提高钎料的强度，同时降低熔点。其优点是价格低、强度高。但该类型钎料在高真空状态下，常常出现铜、锰元素的挥发。影响焊缝质量，有时需要添加钎料经过多次补焊才能使焊缝质量满足要求，但这样会导致零件本身基体热循环次数增多，母材晶粒度长大，使零件性能下降、报废的现象发生。
目前常用的真空钎焊方法为抽真空后分压，即在冷态时真空度抽至约：8×10-3Pa，然后升温约至700℃时分压，即给真空室回填高纯惰性气体，使真空室工作压力为20～180Pa范围，保温后升温完成钎焊。这种在一定的温度下分压，给真空室回填氩气、氮气等惰性气体的方法，能够在一定程度上防止焊缝中元素的挥发，有利于钎料流动，有利于焊缝质成型。但由于分压时真空系统处于动态，加之泄漏率等因素的影响，真空室的分压过程中，气压在20～150Pa范围内来回变动，使得整个分压过程处于非静态。这种情况不能完全防止钎料中的元素挥发，焊缝质量往往还会出现没有彻底熔化、钎角成型不良等问题。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，能够在填充保护气体的基础上，让焊缝中钎料挥发的元素铜、锰自身形成一种相对稳定的金属蒸汽压氛围，这种蒸汽压大于保护气体气压，达到焊缝成形所需的最佳蒸汽压，能有效地防止钎缝中的元素挥发，使得钎焊过程中焊缝成型致密，钎料流动性良好，使焊缝质量优良。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：清洁待焊接零件的焊接面和钎料表面；将钎料装配在待焊接零件的焊缝中，并在钎缝周围涂抹阻流剂；将装有钎料的待焊接零件放置在密闭盒中；
步骤2：将装有待焊接零件的密闭盒置于真空炉中，对真空炉抽真空，使真空炉的冷态真空度达到8×10-3Pa，然后对真空炉加热升温，真空炉的升温过程为：以300℃/h的速率从室温升至700±10℃，然后向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为120Pa，再保温15±5min，接着以360℃/h的速率升至920±10℃，然后再向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为150Pa，再保温40±5min，最后以500℃/h的速率升至1010±5℃，再保温15±2min；随后停止对真空炉加热，当真空炉冷至900℃时，向真空炉中回填惰性气体，并采用风扇将真空炉冷却至80℃后零件出炉。
所述一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：待焊接零件的焊接面的清洁过程为：采用细砂布或什锦锉刀去除待焊接零件焊接面上的油污、锈斑后，先用丙酮后用酒精清洗待焊接零件的焊接面。
所述一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：密闭盒壁厚为3mm～5mm，密闭盒材料采用不锈钢或者高温合金。
有益效果
本发明将待焊接零件置于密闭盒中，有效地将挥发元素分子阻挡停留在密闭盒中，形成相对稳定的金属蒸汽压氛围，从而可以增大封闭盒里边气压。利用金属蒸汽压能够防止钎料中铜、锰等元素挥发，而铜、锰的不挥发能够降低钎料熔点20～30℃，促进高温液态钎料流动性，从而改善焊缝质量，提高焊缝强度，尤其在连接高温合金、不锈钢等材料时能够明显的提高钎缝质量，使焊缝表面能够光滑致密，焊缝抗拉强度提高，从而提高产品质量。此外能够减少零件补焊次数，提高产品质量，节约成本，同时防止真空炉的污染，低碳、节约用电，减少环境污染。
原来焊接一批零件需要开真空炉3次，每次开炉需要费用5000元，成本共计15000元。采用该方法后需要开炉一次需要成本为5000元，每批次可节约成本10000元，同时缩短零件加工周期。
本发明提高了焊缝强度：现用GH3030与GH3030真空钎焊采用铜锰钴镍钎料时，说明发明前后焊缝强度的提高情况。室温拉伸强度бb提高6.8%；高温伸强度бb提高9.3%：
对比 钎焊温度℃ 试验温度℃ 拉伸强度бb(MPa)值 平均值бb(MPa)
发明前 1010 室温 405；415；395；400 403.75
发明后 1010 室温 425；435；440；425 431.25
发明前 1010 600℃(高温) 310；320；295；310 308.75
发明后 1010 600℃(高温) 330；350；340；330 337.5
附图说明
图1：现有技术中真空钎焊的焊接状态；
图2：本发明中真空钎焊的焊接状态；
其中：1、真空炉中的保护气体；2、待焊接零件；3、密闭盒；4、金属蒸汽。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例采用铜锰钴镍钎料对某型航空发动机中采用不锈钢材料0Cr18Ni9制造的三通管接头进行真空钎焊。采用如下步骤：
步骤1：清洁三通管接头的焊接面；其中三通管接头焊接面的清洁过程为：采用细砂布或什锦锉刀去除三通管接头焊接面上的油污、锈斑后，先用丙酮后用酒精清洗三通管接头的焊接面。
将铜锰钴镍钎料制成与焊缝尺寸相仿箔状钎料，并先用丙酮后用酒精清洗箔状钎料表面。
将箔状铜锰钴镍钎料装配在三通管接头的焊缝中，并在钎缝周围涂抹红色阻流剂，该红色阻流剂的牌号为RED stop-offtm CSS156NICROBRAZ，以阻挡钎料流淌，而后将装有钎料的三通管接头放置在密闭盒中。
该密闭盒为圆形结构，采用不锈钢或者高温合金制造均可，如GH3030、GH4169、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等材料，密闭盒壁厚为3mm～5mm。其中密闭盒四周与底面通过高温合金焊丝用氩弧焊的方法焊接，顶盖与密闭盒四周连接处的光洁度不低于1.6，利用顶盖自重力盖住密闭盒即可。本实施例中密闭盒材料为GH3030，密闭盒壁厚为3mm。
步骤2：将装有三通管接头的密闭盒置于真空炉中，对真空炉抽真空，使真空炉的冷态真空度达到8×10-3Pa，然后对真空炉加热升温，真空炉的升温过程为：以300℃/h的速率从室温升至700℃，然后向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为120Pa，再保温15min，接着以360℃/h的速率升至920℃，然后再向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为150Pa，再保温40min，最后以500℃/h的速率升至1010℃，再保温15min；随后停止对真空炉加热，当真空炉冷至900℃时，向真空炉中回填惰性气体，并采用风扇将真空炉冷却至80℃后零件出炉。
在钎焊过程中，由于密闭盒缝隙小，排气慢，有效地将挥发元素分子阻挡停留在密闭盒中，形成相对稳定的金属蒸汽压氛围，从而可以增大封闭盒里边气压，防止元素挥发。据测算密闭装置中的金属蒸汽压与真空室中的气压压差约为：200Pa-150Pa=50Pa左右。
实施例2：
本实施例采用铜锰钴镍钎料对某型航空发动机中的支撑座体进行真空钎焊。采用如下步骤：
步骤1：清洁支撑座体的焊接面；其中支撑座体焊接面的清洁过程为：采用细砂布或什锦锉刀去除支撑座体焊接面上的油污、锈斑后，先用丙酮后用酒精清洗支撑座体的焊接面。
将铜锰钴镍钎料制成与焊缝尺寸相仿箔状钎料，并先用丙酮后用酒精清洗箔状钎料表面。
将箔状铜锰钴镍钎料装配在支撑座体的焊缝中，并在钎缝周围涂抹红色阻流剂，该红色阻流剂的牌号为RED stop-offtm CSS156NICROBRAZ，以阻挡钎料流淌，而后将装有钎料的支撑座体放置在密闭盒中。
该密闭盒为圆形结构，采用不锈钢或者高温合金制造均可，如GH3030、GH4169、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等材料，密闭盒壁厚为3mm～5mm。其中密闭盒四周与底面通过高温合金焊丝用氩弧焊的方法焊接，顶盖与密闭盒四周连接处的光洁度不低于1.6，利用顶盖自重力盖住密闭盒即可。本实施例中密闭盒材料为1Cr18Ni9Ti，密闭盒壁厚为5mm。
步骤2：将装有支撑座体的密闭盒置于真空炉中，对真空炉抽真空，使真空炉的冷态真空度达到8×10-3Pa，然后对真空炉加热升温，真空炉的升温过程为：以300℃/h的速率从室温升至690℃，然后向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为120Pa，再保温20min，接着以360℃/h的速率升至910℃，然后再向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为150Pa，再保温45min，最后以500℃/h的速率升至1005℃，再保温17min；随后停止对真空炉加热，当真空炉冷至900℃时，向真空炉中回填惰性气体，并采用风扇将真空炉冷却至80℃后零件出炉。
实施例3：
本实施例采用铜锰钴镍钎料对某型航空发动机中的连接管进行真空钎焊。采用如下步骤：
步骤1：清洁连接管的焊接面；其中连接管焊接面的清洁过程为：采用细砂布或什锦锉刀去除连接管焊接面上的油污、锈斑后，先用丙酮后用酒精清洗连接管的焊接面。
将铜锰钴镍钎料制成与焊缝尺寸相仿箔状钎料，并先用丙酮后用酒精清洗箔状钎料表面。
将箔状铜锰钴镍钎料装配在连接管的焊缝中，并在钎缝周围涂抹红色阻流剂，该红色阻流剂的牌号为RED stop-offtm CSS156NICROBRAZ，以阻挡钎料流淌，而后将装有钎料的连接管放置在密闭盒中。
该密闭盒为圆形结构，采用不锈钢或者高温合金制造均可，如GH3030、GH4169、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等材料，密闭盒壁厚为3mm～5mm。其中密闭盒四周与底面通过高温合金焊丝用氩弧焊的方法焊接，顶盖与密闭盒四周连接处的光洁度不低于1.6，利用顶盖自重力盖住密闭盒即可。本实施例中密闭盒材料为GH4169，密闭盒壁厚为4mm。
步骤2：将装有连接管的密闭盒置于真空炉中，对真空炉抽真空，使真空炉的冷态真空度达到8×10-3Pa，然后对真空炉加热升温，真空炉的升温过程为：以300℃/h的速率从室温升至710℃，然后向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为120Pa，再保温10min，接着以360℃/h的速率升至930℃，然后再向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为150Pa，再保温35min，最后以500℃/h的速率升至1015℃，再保温13min；随后停止对真空炉加热，当真空炉冷至900℃时，向真空炉中回填惰性气体，并采用风扇将真空炉冷却至80℃后零件出炉。

Claims (3)

1.一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：清洁待焊接零件的焊接面和钎料表面；将钎料装配在待焊接零件的焊缝中，并在钎缝周围涂抹阻流剂；将装有钎料的待焊接零件放置在密闭盒中；
步骤2：将装有待焊接零件的密闭盒置于真空炉中，对真空炉抽真空，使真空炉的冷态真空度达到8×10-3Pa，然后对真空炉加热升温，真空炉的升温过程为：以300℃/h的速率从室温升至700±10℃，然后向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为120Pa，再保温15±5min，接着以360℃/h的速率升至920±10℃，然后再向真空炉中回填惰性气体至真空炉工作压力为150Pa，再保温40±5min，最后以500℃/h的速率升至1010±5℃，再保温15±2min；随后停止对真空炉加热，当真空炉冷至900℃时，向真空炉中回填惰性气体，并采用风扇将真空炉冷却至80℃后零件出炉。
2.根据权利要求1所述一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：待焊接零件的焊接面的清洁过程为：采用细砂布或什锦锉刀去除待焊接零件焊接面上的油污、锈斑后，先用丙酮后用酒精清洗待焊接零件的焊接面。
3.根据权利要求1或2所述一种采用铜锰钴镍钎料的真空钎焊方法，其特征在于：密闭盒壁厚为3mm～5mm，密闭盒材料采用不锈钢或者高温合金。
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