（机械工程专业论文）带曲率叶片窄流道叶轮真空钎焊制造工艺技术的研究.pdf

r 、 i ， a 驯s s t h 一 厂 s i t i o ni nm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g 删 l 一 一 1p ll e c h n i q u e so ial n n c l0 in a r r 0 wl m d e l l e r j l w l t nc u r v i l i n e a rv a n e b ym e n gd o n g m e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i uy o n g x i a n ， p r o f e s s o rz h a n gh u i g u o n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e mb e r2 0 0 7 、 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论 ， 文中作了明确的说明并表示谢意。 。弼 。2 l、 学位论文作者签名：妻善桴 日期：埘7 同 学位论文版权使用授权书 ， 。i i 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 ? 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 学位论文作者签名： 日 期： 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： yky一1 f q 东北大学硕士学位论文 w 摘要 带曲率叶片窄流道叶轮真空钎焊制造工艺技术的研究 摘要 本文研究了带曲率叶片窄流道叶轮制造工艺，为此我们进行了下列两次试验：试验 材料的真空钎焊试验，带曲率叶片窄流道叶轮的真空钎焊试验。 试验材料的真空钎焊试验采用b a u 8 2 n i 、n i p d l 、b c u 5 8 m n c o 三种钎料对f v 5 2 0 b 材料进行真空钎焊热处理工艺一体化的研究，并利用超声成像、光学及电子显微分析、 拉伸试验以及恒负荷应力腐蚀性能测定等方法，对钎缝进行检验。检验结果表明，b a u 4 钎料的接头钎焊质量最好，钎缝焊后热处理强度最高，硫化氢应力腐蚀抗力最高。同时 选择出最佳真空钎焊工艺及钎焊后热处理工艺：1 0 4 0 0 c ；4 x 1 0 。4 乇+ 8 5 0 * 0 c a c + 4 8 0 0 c a c 。 本文还对钎焊接头的重熔温度进行了测定，研究结果表明f v 5 2 0 b b a u 4 的重熔温度为 l1 0 0 11 5 0 0 c 。根据重熔温度的测定，我们制定了真空钎焊叶轮的补钎工艺。 在上述试验的基础上，进行了带曲率叶片、窄流道叶轮真空钎焊试验。在此项研究 中，主要通过控n 力n - r 精度，确定钎料的剪制形状尺寸，以保证钎焊接头间隙在上述试 验基础上调整工艺参数，根据现有油淬气冷双室真空炉的技术性能，制定了此带曲率叶 片、窄流道叶轮真空钎焊热处理一体化工艺的最佳工艺规范。钎焊后的叶轮经着色探 伤检验、“c ”型扫描超声成像检验，检验结果表明，采用真空钎焊完全可以保证钎缝质 量。同时，对同炉处理后的母材试圈进行机械性能检验，结果表明，经过真空钎焊热 处理一体化工艺处理后，母材性能同时得以保证。因此，所研究工艺是成功的。研究表 明，真空钎焊叶轮可用于硫化氢腐蚀介质中。 带曲率叶片、窄流道叶轮工艺制造技术的研制，尤其是真空钎焊技术的应用，解决 了传统手工电弧焊法焊不到、焊后变形大、热影响区组织粗大、性能下降、焊后无法检 验焊缝等困难，使带曲率叶片、窄流道叶轮的制造成为可能，为我公司新产品的设计开 发及产品抢占市场奠定了坚实的工艺基础。 关键词：真空钎焊；硫化氢应力腐蚀抗力；重熔温度 f c jlroo 。a1 一，t0， 1 t h et e c h n i q u e so fak i n do fn a r r o wi m p e l l e rw i t hc u r v i l i n e a rv a n e a bs t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h et e c h n i c so fak i n do fn a r r o wi m p e l l e rw i t hc u r v i l i n e a rv a n ea r es t u d i e d t h r o u g ht w oe x p e r i m e n t a t i o n s ，b r a z i n gm e t a li nv a c u u ma n d t h eb r a z i n go fn a r r o wa i r f l o w i m p e l l e rw i t hc u r v i l i n e a rv a n ei nv a c u u m i nt h ef i r s te x p e r i m e n t a t i o n ，b a u 8 2 n i ，n i p dl a n db c u 58 m n c oa r eu s e dt ob r a z e f v 5 2 0 b a f t e rt h ee x p e r i m e n t a t i o n ，c te l e c t r o nm i c r o s c o p e ，s t r e n g t ht e s ta n ds t r e s se r o d et e s t a r eu s e dt ot e s tt h ew e l d i n gl i n e t h er e s u l ti st h a tt h es t r e n g t ho fb a u 8 2 n iw e l d i n gl i n ei st h e h i g h e s t ，t h er e s i s t a n c et os t r e s se r o d ei n s u l f u r e dh y d r o g e ns t r o n g i nt h es a m et i m e ，t h e t e c h n i q u e sa r ea c h i e v e d ：10 4 0 0 c ；4 x 10 - 4 t a + 8 5 0 0 c a c + 4 8 0 0 c a c 。i nt h i se x p e r i m e n t a t i o n ， t h er e m e l t i n gt e m p e r a t u r eo ft h ew e l d i n gl i n ei sa l s ot e s t e d ，w h i c hi sb e t w e e n110 0 - 115 0 。c a n dm e n db r a z i n gt e c h n i c sa r ec o n s t i t u t e d b a s e do nt h ef i r s te x p e r i m e n t a t i o n ，t h es e c o n dt e c h n o l o g i ce x p e r i m e n t a t i o nt h a t b r a z i n gn a r r o wa i r f l o wi m p e l l e rw i t hc u r v i l i n e a rv a n ei nv a c u u mi sd o n e b ya d j u s t i n gt h e t e c h n o l o g i cp a r a m e t e r ，a n dt h ep r i m et e c h n ，i c sa r ea c h i e v e d t h ei m p e l l e ri s t e s t e db ys t a i n a n ds c a n ，w h i c hp r o v e dt h a tt h i st e c h n i c sc a ne n s u r et h ew e l d i n gl i n e ss e c u r i t y i tm a yb e a f f i r m e dt h a tt h ee x p e r i m e n t a t i o ni ss u c c e s s f u l t h i si m p e l l e rc a nb eu s e di nt h ee n v i r o n m e n t c o n t a i ns u l f u r e dh y d r o g e n t h i ss t u d ys o l v e dt h es h o r t a g eo fc o n v e n t i o n a lj o i n t i n g ，s u c ha ss e r i o u sd i s t o r t i o n ， c r a s s i t u d es t r u c t u r en e a rw e l d i n gl i n e ，l o w e rt o u g h n e s sa n du n d e t e c t a b l ew e l d i n gl i n e s oi ti s p o s s i b l et om a n u f a c t u r et h i sk i n do fn a r r o wi m p e l l e rw i t hc u r v i l i n e a rv a n e ，c o n t r i b u t et ot h e d e s i g na n de x p l o i t a t i o no fp r o d u c t ，a n dl a y a g r o u n df o rt a k i n g p o s s e s s i o no ft h em a r k e t 。 k e yw o r d s ：b r a z i n gi nv a c u u m ；r e s i s t a n c e t os t r e s se r o d ei ns u l f u r e dh y d r o g e n ； r e m e l t i n gt e m p e r a t u r e i i i lh，i 矿 t 0 东北大学硕士学位论文 r _ 1 1 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 真空钎焊技术的发展及应用1 1 1 1 真空钎焊技术的发展1 1 1 2 真空钎焊技术的优越性。1 1 1 3 真空钎焊技术的应用2 1 1 4 真空钎焊工艺制造技术的现状3 1 2 课题研究的背景3 1 3 研究内容、目标3 1 4 课题研究的目的和意义4 第二章试验材料及试验设备5 2 1 试验叶轮及拉力试棒用材料5 2 2 试验用钎料5 2 3 试验用设备6 第三章试样的真空钎焊试验方法1 1 3 1 试样钎焊接头的强度1 1 。 3 1 1 试样的制备1 1 ；v3 1 2 真空钎焊及焊后热处理工艺试验1 4 3 2 钎焊接头重熔温度的测定1 7 3 3 1 钎焊接头金相检验1 7 3 3 2 钎缝的无损检验1 8 3 3 2 1 超声成像检验18 2 2 着色探伤检验18 3 4 钎焊接头的应力腐蚀试验1 9 第四章试验结果及分析2 1 i v 东北大学硕士学位论文 目 录 4 1 试样钎焊接头强度2 l 4 1 1 真空钎焊接头的形成机制【1 1 2 1 4 1 1 1 真空状态下氧化膜的去除过程2 1 4 1 1 2 钎料的填缝原理2 1 4 1 1 3 钎料的毛细流动：2 2 4 1 1 4 液态钎料与母材的相互作用：2 2 4 1 1 5 母材向钎料的溶解2 3 4 1 1 6 钎料向母材的扩散2 3 4 1 2 钎缝的成分和组织及断口分析2 3 4 1 3 影响钎焊接头强度的因素2 5 4 1 3 1 钎料化学成份对钎焊接头强度值的影响2 5 4 1 3 2 接头间隙对钎焊接头强度的影响2 6 4 1 3 3 真空钎焊工艺参数对接头强度的影响2 7 4 2 真空钎焊接头重熔温度3 0 4 3 钎焊接头对硫化氢应力腐蚀抗力3l 第五章叶轮真空钎焊试验3 3 5 1 试验带曲率叶片、窄流道叶轮结构特点3 4 5 2 轴盘、盖盘的机械加工3 4 5 2 1 轮盘制造过程3 4 5 2 2 轮盖制造过程3 6 5 3 叶轮真空钎焊制造3 6 5 4 带曲率叶片窄流道叶轮真空钎焊试验结果及分析3 9 5 4 1 带曲率叶片窄流道叶轮真空钎焊后的检验结果3 9 5 4 2 带曲率叶片窄流道叶轮的超转试验4 1 第六章结论与展望4 3 6 1 结论4 3 6 2 展望4 3 参考文献4 5 致访 4 9 v 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早珀了匕 1 1 真空钎焊技术的发展及应用 1 1 1 真空钎焊技术的发展 真空钎焊技术是在真空条件下，低于母材熔点温度，将钎料熔化，利用毛细作用原 理，液态钎料在钎焊面上流动、铺展、扩散，最终形成牢固的接头的工艺技术。 真空钎焊技术与其它各种科学技术的发展一样，经历了一条漫长而艰难的道路。最 初的钎焊是在普通大气条件下进行的，由于受周围大气的侵入，发生氧化或污染，钎焊 接头质量无法保证。为防止氧化污染，去除工件表面的氧化膜和改善钎缝形成过程，人 们使用银基或铜基钎料，使接头质量得到很大提高，钎焊工艺的应用范围也得到较大的 扩展。 随着现代科技的发展与航天、航空、原子能等尖端工业的兴起，新的铝合金、钛合 金和高温合金等特殊材料的不断涌现，对钎焊技术提出了越来越高的要求，随着真空技 术的发展，真空钎焊技术便应运而生。 1 9 4 8 年，美国w a l lc o l o n o m o n y 公司首先研制出可用于高温部件、具有高强性的 镍基钎料a m s 4 7 7 5 ，使钎料的成本降低了8 0 左右，对真空钎焊技术的发展起到了极 大的促进作用。1 9 5 8 年，美国i p s e n 公司首先研制成功真空密封高速风扇电机惰性气体 循环真空炉，为真空钎焊技术在各个工业领域内的广泛应用奠定了物质基础。8 0 年代和 7 0 年代期间原苏喀山压缩机厂，德国德马格公司首先将这一工艺应用于透平压缩机叶轮 上。国内7 0 年代末期以来航天等部门在真空钎焊和真空热处理方面取得了越来越大的 进展。 真空高温钎焊是在本世纪5 0 年代发展起来的钎焊工艺方法。随着现代科技与生产 的迅速发展和航空、航天、原子能等尖端工业的发展，尤其是真空加热设备的进一步发 展，使真空钎焊和真空热处理两种工艺融为一体，即真空钎焊热处理一体化工艺。 1 1 2 真空钎焊技术的优越性 由于钎焊过程中，被钎焊零件处于真空条件下，不会出现氧化、增碳、脱碳及污染 变质等现象。钎焊时，零件整体受热均匀，热应力小，可将变形量控制到最小限度。钎 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 焊与热处理工序可同时进行，节省了工序。可一次钎焊多道钎缝，或同炉钎焊多个组件， 钎焊效率高。钎焊可以完成带有狭窄沟槽、极小过渡台、盲孔的部件和封闭容器、形状 复杂的零件的制造成型。 1 1 3 真空钎焊技术的应用 ( 1 ) 在航空航天工业中的应用 目前，国内外真空钎焊技术应用最为广泛的领域是航天工业。由于用于航天结构的 材料多为含铝钛量较高的高温合金，这些合金的熔焊性能极差，主要依靠真空钎焊进行 连接。例如，发动机导流叶片、高压涡轮导向器叶片、燃烧室燃油喷嘴、机舱加热器、 火箭发动机外壳等，都是采用真空钎焊方法制造的。 ( 2 ) 在电子工业中的应用 在电子工业中，真空钎焊广泛用于金属与陶瓷、金属与玻璃等非金属的封接，以及 大功率电子管的真空钎封。大型电子计算机冷却用的各式热交换器，晶闸管安装座，强 电流贵金属点接触元件等。 ( 3 ) 在汽车、动力等工业中应用 汽车发动机用的板翘式机油冷却器、散热器、汽化器、燃油导管、等都可用真空钎 焊连接。在核能动力反应堆冷凝器、鱼雷动力氟化锂反应罐等都是真空钎焊而成的。 ( 4 ) 在工具行业中的应用 在工具行业中，真空钎焊技术被广泛用来钎焊各种复杂工具，例如：加工硬齿面齿 轮用的各式硬质合金滚刀、铣刀、立方氮化硼车刀，石油钻头，各式金刚石工具，聚晶 阔孔器等。 ( 5 ) 在家用产品工业中的应用 在国外，真空钎焊技术在家电产品制造中广泛应用，在国内，目前也得到较快较广 泛的发展。例如：空调、冰箱压缩机用的氟里昂罐，空调用的消声器、不锈钢胆热水瓶 等，都是采用真空钎焊连接的。 除以上领域外，真空钎焊技术还在机械制造业，石化工业、医疗器械、饮食机械等 方面得到不同程度的应用。随着科技的发展新材料的应用，真空钎焊技术的应用必然会 越来越广泛。 2 ， 。1 东北大学硕士学位论文 1 1 第一章绪论 1 1 4 真空钎焊工艺制造技术的现状 真空钎焊工艺制造技术以其优越的实用特点，被广泛应用于航天、工业、石油、化 工、冶金、医疗等各行各业的机械制造中。 德国新比隆公司首先采用真空钎焊工艺制造技术，制造了压缩机叶轮，随后这一技 术被我公司引进，相继生产了压缩机叶轮，目前我公司利用真空钎焊工艺制造技术生产 的叶轮，有些在用户运转十几年的历史，而未返修的业绩。但是，因为真空钎焊零件的 钎焊面要求间隙小，因而加工精度要求高，所以目前生产的钎焊叶轮，钎焊面均为平面， 曲面钎焊还未有实例。 带曲率叶片窄流道叶轮真空钎焊工艺技术的研究，就是针对曲面钎焊进行的，课题 研究的成功，将会极大拓展真空钎焊工艺制造技术的应用范围，解决更多领域零件的制 造难题。 1 2 课题研究的背景 本课题的研究是针对具有带曲率长短叶片的压缩机叶轮而进行的，传统叶轮制造方 法是采用手工电弧焊制造。手工电弧焊的原理是利用电流加热，将母材和焊剂高温条件 下熔化，形成熔池，在熔池内进行合金化的过程，冷却后形成焊接接头。不利因素是接 头热影响区晶粒粗大，易出现焊接裂纹及其它冶金缺陷。由于这种叶轮焊道密集，叶轮 焊后变形大，严重影响叶轮性能指标，甚至出现废品。另外，由于此结构叶轮流道狭窄， 手工电弧焊难度较大。焊接叶轮焊后还需进一步消应力处理及叶轮最终热处理，增加了 工序，浪费了能源，延长了生产周期，提高了生产成本。这明显违背了企业发展的客观 要求。 为此我们研究出一种工艺制造方法以克服上述传统制造缺陷。真空钎焊技术首先被 提出用于叶轮制造，这种工艺原理是在低于母材熔点的温度下，使钎料熔化，利用液态 钎料的毛细作用，在母材流动，铺展，扩散，形成牢固的钎焊接头。钎焊过程可同热处 理过程一同进行，钎缝平整，钎焊后无须修磨，钎缝质量好。因此，真空钎焊工艺制造 技术适用于此结构叶轮，使此结构叶轮得以生产制造。 1 3 研究内容、目标 本项目的目的是采用真空钎焊工艺解决带曲率叶片窄流道叶轮的制造困难，为此进 3 _ 东北大学硕士学位论文第一章绪论 行了以下两个试验：试验材料的真空钎焊试验、带曲率叶片窄流道叶轮的真空钎焊试验， 在以上面两个试验中，我们进行了下列内容的研究 ( 1 ) 真空钎焊钎料的选择 ( 2 ) 真空钎焊工艺参数的确定 ( 3 ) 真空钎焊后热处理工艺参数的确定 ( 4 ) 钎缝重熔温度的测定 ( 5 ) 真空钎焊工艺在带曲率叶片窄流道叶轮上的应用 1 4 课题研究的目的和意义 随着我公司压缩机产品的设计开发，出现了一种带曲率叶片、窄流道的叶轮。这种 结构是应高转速、大风速工作状况而产生的。对推动我公司压缩机抢占市场，打造世界 品牌具有深远意义。 但是，我公司叶轮采用传统手工焊接方法，对于这种带曲率叶片、窄流道叶轮手工 焊后常常会出现焊不到，因焊道密集而产生较大的焊接变形，焊缝组织粗大，焊后无法 检验焊缝等问题。因此，传统手工焊法无法保证这种新结构叶轮的制造质量。另外，由 于传统手工焊叶轮焊后需进行热处理，打磨焊缝，使工序变得复杂化，浪费人力、物力， 增加了生产周期。 透平压缩机带曲率叶片、窄流道叶轮真空钎焊热处理一体化工艺制造技术的研究， 正是针对我公司这种手工焊接方法无法实现新结构叶轮而进行的。采用真空钎焊热处 理一体化制造技术，有效地保证了带曲率叶片、窄流道叶轮制造质量，使传统制造方法 无法制造的结构得以生成，同时简化了制造工序，为我公司新产品抢占市场，打造世界 品牌奠定坚实的基础。 4 东北大学硕士学位论文 第二章试验材料及试验设备 第二章试验材料及试验设备 2 1 试验叶轮及拉力试棒用材料 试验叶轮及拉力试棒用钢为马氏体沉淀硬化不锈钢f v 5 2 0 b ，锻件用钢应在酸性平 炉或电炉中冶炼，并经真空精炼或电渣重熔复合工艺炼制。锻件要求在锻压时应使零件 整个截面得到充分的锻造，其总锻造比应不小于5 ，并应保持锻件的中心线与钢锭的中 心线重合。锻件锻后热处理应进行起伏冷却，并于粗加工后进行最终处理。锻件粗加工 后应进行超声波探伤检验，锻件确有白点和裂纹应报废，锻件缺陷不得超过i 级规定。 奥氏体晶粒度检验，测定结果，晶粒度应在五级以上。供货单位为我公司固定供货单位， 材料从冶金到锻造及交货状态，必须与我公司产品件供货标准一致，以便试验后结果在 生产中应用。材料化学成分如表2 1 所示。 表2 1 试验用钢的化学成份( ) t a b l e 2 1e l e m e n to ft h es t e e lf o re x p e r i m e n t a t i o n ( ) 2 2 试验用钎料 钎料是钎焊过程中在低于母材熔点的温度下熔化并填充钎缝的金属或合金，焊件是 依靠熔化的钎料凝固后连接起来的。钎料的性能在很大程度，决定了钎焊接头的质量。 为满足工艺过程要求和获得高质量钎焊接头，所用钎料必须满足以下几项基本要求： ( 1 ) 钎料组分不许含易挥发元素，蒸气压高的纯金属也不易做真空钎焊用钎料。 ( 2 ) 钎料中的非金属组分( 如粘结剂、助熔剂等) ，在钎焊过程中挥发后不能对 钎缝成形或真空设备产生有害影响。 ( 3 ) 熔化温度合适，能在毛细作用下比较容易填充钎焊间隙。并能与母材产生良 好的合金化作用，形成高强度接头。 ( 4 ) 钎焊材料要有良好的润湿性，并在钎焊温度下有足够的流动性。 根据上述要求，本试验分别采用以下钎料，钎料为常规的轧制箔材和非晶态合金箔 _ 5 - 东北大学硕士学位论文 第二章试验材料及试验设备 材。由中科院金属研究所提供，其化学成分如表2 2 所示。规格分别为0 0 5 m m 、o 0 71 1 2 1 1 1 、 0 1 0i n m 、0 1 0 5m i l l 、0 1 2 5m t n 、0 1 9i l l n l 。 表2 2 试验用钎料的化学成份 t a b l e 2 2e l e m e n to fb r a z i n g 2 3 试验用设备 试验采用美国易普森公司进口真空炉，保证试验要求的真空参数及一系列热处理工 艺参数。真空炉抽真空工作程序如下：滑阀泵预抽真空，将炉内气压从大气压下抽到 8 0 b a a r ，然后罗茨泵工作，具体顺序为机械泵启动讨散泵油加热2 5 0 以上关 粗抽阀( p c l 程序完成) 前级阀打开、维持阀打开主阀打开( 扩散泵启动) ， 同时升温加热。下图2 2 为真空炉及其控制系统。 6 - n1一 j 2 1 真空炉设备图 f i 9 2 1v a c c u mf u r n a n c e 7 j 翌坠学硕士学位笙查 釜三主堕竺塑茎墨苎! 全墨鱼 _ _ 。、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ 。o 。一 图2 2 真空炉控制系统 f i 醇2c o n t r o l sy s t e mo fv o c c u mf u m a n c e - 8 - 1 东北大学硕士学位论文第二章试验材料及试验设备 2 3 真空炉控制系统 f i 醇2c o n t r o l sy s t e mo f v o c c u mf u m a n c e 9 1 0 t 东北大学硕士学位论文第三章试样的真空钎焊试验方法 第三章试样的真空钎焊试验方法 3 1 试样钎焊接头的强度 3 1 1 试样的制备 ( 1 ) 真空钎焊接头型式【1 】 钎焊接头是组成钎焊结构的关键，它的性能与钎焊结构的性能和安全等方面有着直 接的关系。在真空钎焊生产中，与其他钎焊生产一样，基本上采用两种接头型式：搭接 接头和对接接头。 搭接接头是钎焊连接的基本型式。在搭接接头中，可借助于搭接面积的改变，使 接头强度与较弱部件的强度相等，即使使用较低强度的钎料，或者在接头中存在少 量缺陷时也是这样。通常，搭接部分至少要3 倍于较弱部件的厚度才能获得最大的接头 效率。 搭接接头之所以常被采用，是因为过去所用的钎料大多比母材的强度低，只有这类 接头才能获得最大的接头效率，而且它的装配要求也相对的较为简单，容易制造。但是 搭接接头型式也存在其固有的明显缺点，一方面，增加了母材的消耗，增大了结构重量； 另一方面，接头截面有突然变化，会导致产生应力集中。 对接接头具有均匀的受力状态，并能节省材料、减轻结构重量，成为熔焊连接的基 本接头型式。由于真空钎焊的发展，有些钎料的强度可以与母材强度相当，因此对接接 头型式也时常被采用。 对接接头具有均匀的受力状态，并能节省材料、减轻结构重量，成为熔焊连接的基 本接头型式。但在钎焊连接中，过去由于钎料等原因，使对接接头常不能保证与焊件有 相等的承载能力；加之装配时保持对中和间隙大小均较困难，故一般不推荐使用。现在， 由于真空钎焊的发展，有些钎料的强度可以与母材强度相当，对接接头型式时常被采用。 对于任何钎焊接头，都必须满足一个基本要求，就是应与被连接零件具有相等的承 受外力的能力。接头的承载能力与许多因素有关，但其中起相当重要作用的是接头型式。 总结实践经验，设计真空钎焊接头应当考虑的原则主要有以下几个方面： 防止应力集中：一般母材本身能承受较高的应力和动载负荷；因此，一个优良的钎 焊件设计总是善于不是接头边缘处产生任何过大的应力集中，而设法将应力转移到母材 1 1 东北大学硕士学位论文 第三章试样的真空钎焊试验方法 上去。为此，不应把接头布置在焊件上有形状或截面发生急剧变化的部位，以避免应力 集中；也不宜安排在刚度过大的地方，防止在接头中形成很大的内应力。异种材料组成 的接头，先要计算不同材料在钎焊温度下的膨胀量，以验证与推荐的钎焊间隙是否一致， 还要充分考虑整个构件受热所带来的不利因素。一般把热膨胀系数较大的材料尽量设计 在内部，热膨胀系数较小的材料设计在外部，以保证较小的钎焊间隙。如果二者的热膨 胀系数相差很悬殊，则在接头中将引起较大的内应力，甚至导致开裂破坏。这时，在设 计中应考虑采用适当的补偿垫片，借助它们在冷却过程中产生的塑性变形来消除应力。 在设计由厚度不同的零件组成的接头时，为了避免在载荷作用下接头处发生应力集 中，有时应考虑局部地加厚薄件接头部分。 满足构件的工况要求：不同的构件有不同的使用要求和工况条件，设计接头时必须 对具体情况采取相应的措施。对于要求承压密封的钎焊接头，只要可能的话，都应采用 搭接形式的接头，因为这种接头型式具有较大的钎焊面积，发生泄漏的可能性比较小。 在导电接头的设计中，要考虑的主要因素是导电性。正确的接头设计不应使电路的电阻 有明显增大。 有利于钎料的合理放置：真空钎焊中钎料是预先放置的，设计接头时，应考虑钎料 的装填方式和位置。需要在接头母材上开槽预置钎料，槽应开在截面较厚的零件上或易 加工钎料槽的零件上。 便于检验：设计接头时应考虑将钎料安放在组件的内侧，钎焊时钎料就会向外流， 检验者可以直接观察钎料的流布情况和整个接头的钎焊情况。在一些情况下，钎料不能 放入接头中，为了保证使钎料适当的流入接头和便于检验，钎料应放在接头的一侧，并 能流入接头，这样就可以从接头的另一测检验钎料的流布情况。 确保接头的装配间隙值稳定：接头的装配间隙值对钎焊接头的性能和钎焊工艺都有 着极大的影响，它的确定是钎焊接头设计的一个重要内容。 便于组件的定位及夹持：零件装炉准备钎焊时，要求零件彼此之间应能保持正确的 相对位置；接头设计时，在不影响组件结构性能的前提下，尽可能为组件白重定位和装 配设计凸台、凹槽及工艺台阶等。 有利于控制和消除组件的变形：真空钎焊时，组件要整体受热，接头设计要充分考 虑重、厚、大的零件下边；轻、薄、小的零件至于上方，以避免高温时重力引起的变形； 同时要有利于装配应力的释放。 我公司叶轮焊接结构为叶片与轮盘或轮盖的连接，叶轮流道窄小，搭接接头不适用， 1 2 加工后毛刺应彻底清除，钎焊面用1 2 0 号砂纸沿一定方向打磨。试验在室温下进行 真空钎焊工艺对零件表面的除油要求十分严格，即使很光洁的表面，如果存在油污 进行真空钎焊时，这些油污经过加热后残留在金属表面，会起阻钎剂的作用，破坏液态 钎料对母材的润湿铺展和良好的焊缝成形。因此，真空钎焊的除油工序一定要认真实施， 经过除油的零件表面，不容许赤手接触或再次污染。另外，零件表面的氧化膜，对真空 钎焊有很大程度的阻钎作用，因此，真空钎焊前应进行氧化膜的清理。 本试验采用化学清理方法清除氧化膜，使用的浸蚀液为n a o h 7 5 8 3 ， n a n 0 3 1 7 2 5 ，溶液温度6 0 0 c 左右，浸蚀时间2 0 3 0 分钟。将试棒放于上述碱溶液 中浸泡，取出后用清水清洗，再用丙酮溶液清洗钎焊面。钎料取上述成份的试料，置于 丙酮中浸泡，晾干后放置在试棒端面，将另一试棒端面与钎料接触，立于试棒之上。组 立后，进行真空钎焊，及钎焊后热处理。热处理后的试样按图3 1 加工后在拉伸试验机 上测定其抗拉强度值。 - 1 3 - 东北大学硕士学位论文 第三章试样的真空钎焊试验方法 图3 1 钎焊前的试样 f i g 3 1s t e e ls t i c kf o rt e s tb e f o r eb r a z e 图3 2 钎焊后的试样 f i g 3 2b r a z e ds t e e ls t i c kf o rt e s t ( 3 ) 真空钎焊接头间隙的选取 据资料1 1 介绍，不同钎料与钎焊金属，其获得最高强度值的最佳间隙各不相同，不 锈钢钎焊时，当接头间隙在0 0 5 0 2 0 m m 以下时，接头质量好，接头强度变化不大。本 试验所采用材料f v 5 2 0 b 为马氏体沉淀硬化不锈钢。因此，本试验选择接头间隙在 0 0 5 m m 、0 0 7 m m 、0 】0 m m 、0 10 5 m m 、0 12 5 m m ，0 1 9 m m 。 3 1 2 真空钎焊及焊后热处理工艺试验 在美国真空炉中，进行了材料的真空钎焊及焊后热处理工艺试验。我们选用了钎料 厚度为0 0 5 m m 、0 0 7 m m 、0 1 0 m m 、0 1 0 5 m m 、o 1 2 5 m m ，0 1 9 m m 。对每种钎料钎焊时 钎焊工艺采用如下真空度：1 0 4 、4 x 1 0 4 、6 x 1 0 4 乇、分压等。在试验中考虑母材固溶化 温度及钎料熔化情况，采用两种钎焊温度1 0 4 0 、1 0 5 0 进行真空钎焊。钎焊后热处理 工艺采用8 5 0 调整，时效分别采用4 8 0 、5 6 0 、6 3 0 ，对钎焊接头拉力试验结果进行对 比分析，总结出真空钎焊及焊后热处理工艺对钎焊接头强度的影响，通过相同厚度不同 化学成分钎料形成的接头拉力试验结果总结出钎料化学成分对接头强度的影响。试验内 1 4 东北大学硕士学位论文第三章试样的真空钎焊试验方法 容如表3 1 所示。 表3 1f v 5 2 0 b 钢钎焊接头拉力试验结果 t a b l e 3 一s t e n g t ho f f v 5 2 0 bb r a z i n gl i n e 试样 材料及钎焊、钎焊后热处理工艺接头强度 断裂部位及其它 编号 f v 5 2 0 b b a u 4 ；o 1 0 m m ；1 0 5 0 。c ；1 0 4 乇 断于钎缝 6 3 39 6 5 + 8 5 0 0 c xlo15 风冷+ 6 3 0 0 c + 6 3 0 0 c x 2 0 3 07 a c f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 1 0 5 m m ；1 0 4 0 。c ；6 x 1 0 - 4断于钎缝 5 7 01 3 0 0 乇+ 8 5 0 。c a c + 4 8 0 。a c 。 f v 5 2 0 b b a u 4 ：o 1 0 5 m m ：1 0 4 0 。c ；6 x 1 0 。4断于钎缝 5 7 l 1 2 3 5 乇+ 8 5 0 0 c a c + 6 3 0 0 a c 5 7 2 f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 9 m m ：工艺同5 7 0 8 1 2 断于钎缝 f v 5 2 0 b b a u 4 ；o 1 2 5 m m ：1 0 4 0 。c ；4 x10 4断于钎缝 5 7 3 1 3 1 5 乇+ 8 5 0 0 c a c + 4 8 0 0 a c 5 7 4 f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 0 m m ：工艺同5 7 3 1 3 5 3 6断于钎缝 5 7 5 f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 0 5 m m ；工艺同5 7 3 1 3 4 6 7 断于钎缝 一 f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 0 5 m m ； 10 5 0 。c ；分压 断于钎缝 5 7 9 1 1 5 9 9 9 + 8 5 0 0 c a c + 5 6 0 。c a c f v 5 2 0 b b a u 4 ：o 0 5 m m ；1 0 5 0 。c ；4 x 1 0 4 乇断于钎缝 5 7 6 1 1 5 8 9 + 8 5 0 0 c a c + 5 6 0 。c a c f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 0 5 m m ：工艺同5 7 9断于钎缝，断口有2 ， 5 7 87 0 6 7 处缺陷 f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 0 5 m m ；1 0 5 0 。c ；4 x 1 0 4 乇断于母材，a ：1 9 8 t i 5 7 79 7 5 4 + 8 5 0 0 c a c + 6 2 0 0 c a c f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 0 m m ；工艺同5 7 7断于钎缝，断口上有缺 5 3 89 0 0 陷 f v 5 2 0 b b a u 4 ；o 0 5 m m ：工艺同5 7 7断于钎缝，断口上有缺 5 3 78 6 0 陷 - 1 5 - 东北大学硕士学位论文 第三章试样的真空钎焊试验方法 续上表 f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 0 5 m m ；工艺同5 7 6断于钎缝，断口上有缺 5 3 55 1 0 陷 5 3 6f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 0 r a m ；工艺同5 7 61 0 7 2 5断于钎缝 5 4 3 f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 1 0 m m ；工艺同5 7 8 9 6 0 3 断于钎缝 f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 1 0 m m ；1 0 5 0 0 c ；分压 断于钎缝，断口上有缺 5 4 26 0 8 + 8 5 0 0 c a c + 6 2 0 0 c a c 陷 f v 5 2 0 b b a u 4 ；0 0 5 r a m ；工艺同5 4 2断于钎缝，断口上有缺 5 4 16 6 7 陷 f v 5 2 0 b b a u 4 ：特意少加钎料，补钎焊断于钎缝 5 8 44 3 0 a g - c u p d 2 + 8 5 0 。c a c + 4 8 0 0 c a c f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 0 m m ；1 0 5 0 0 c ；分压断于钎缝 5 8 21 0 2 0 + 8 5 0 0 c a c + 4 8 0 0 c a c 5 8 lf v 5 2 0 b b a u 4 ；0 0 5 r a m ；工艺同5 8 29 6 5断于钎缝 5 8 8 f v 5 2 0 b b a u 4 ：0 1 0 m m ；工艺同5 8 2 1 0 l o断于钎缝 f v 5 2 0 b - n i p d l ；o 0 7 m m ；1 0 5 0 。c ；1 0 4 乇断于钎缝 6 4 21 1 0 0 + 8 5 0 。c a c + 4 7 0 0 cx3 a c f v 5 2 0 b - n i p d l ；o 0 7 m m ；1 0 5 0 。c ；1 0 4 乇 断于钎缝 6 4 46 8 0 + 8 5 0 0 c 风冷+ 6 3 0 0 cx 2 0 3 0 a c f v 5 2 0 b n i p d l ；0 0 7 m m ；1 0 5 0 0 c ；分压+ 8 5 0 0 c断于钎缝 5 8 6 5 5 6 x 1 0 1 5 风冷+ 4 7 0 0 cx 3 a c f v 5 2 0 b n i p d l ；0 0 7 m m ： l1 0 0 。c ； 分压断于钎缝，断口上有缺 6 5 1+ 1 0 0 0 0 cx 2 f c 至7 5 0 0 c a c + 7 6 0 0 风冷+ 6 3 0 0 c4 4 2陷 x 2 。3 0 a c f v 5 2 0 b - n i p d l ：o 0 7 m m ：10 5 0 0 c ；分压断于钎缝，有1 2 面积 6 1 7+ 1 0 0 0 0 c ) ( 2 f c 至7 5 0 0 c a c + 7 6 0 0 c 风冷+3 1 3 未钎透 6 3 0 0 c a c f v 5 2 0 b - c u m n c o ：0 0 1 r a m ；工艺同6 1 7 断于钎缝，有1 2 面积 6 1 43 2 3 未钎透 - 1 6 一 ， 东北大学硕士学位论文 一 1 1 第三章试样的真空钎焊试验方法 3 2 钎焊接头重熔温度的测定 钎焊接头重熔温度是指钎焊后的接头重新加热后开始熔化的温度。钎焊时，钎料和 母材发生相互作用，导致钎缝成份和组织的变化，合金成份的溶入，使钎缝液相线提高， 这为提高钎焊接头重熔温度创造了有利条件。钎焊接头重熔温度的测定，意