不锈钢真空电子束钎焊工艺研究

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1、不锈钢真空电子束钎焊工艺研究

2、第1表1锰基7＃合金化学成分表表2BNi-2化学成分表试验采用EB）、面扫描及X射线能谱分析（EDAX），并测定其润湿角。2试验结果及分析2.1真空电子束钎焊工艺参数对温度场及钎料润湿性的影响真空电子束钎焊工艺参数主要包括加速电压、束流、聚焦电流、加热时间以及电子束扫描轨迹等等。试验过程中加速电压及工作距离恒定，同时焊接时试板固定不动，电子束扫描轨迹为圆形扫描，幅值保持不变，故影响电子束钎焊工艺的主要参数就剩下束流、聚焦电流和加热时间等。经过一系列工艺试验，基本确定了优化工艺后，分别调节上述参数，然后观察其

3、对钎焊结果的影响。试验中温度场的测量主要考虑三个因素：最高加热温度Tmax、加热速度ωH和高温停留时间tH。其中，加热速度ωH是指电子束钎焊过程中不锈钢试板从室温上升到熔点的速度，高温停留时间tH是指不锈钢试板在熔点以上温度停留的时间。在不同工艺参数时，试板上测得的温度场不同，钎料的铺展面积、润湿角等均会出现不同程度的变化。2.1.1束流对温度场及钎料润湿性的影响调节束流值，分别对锰基7#合金和BNi-2两种钎料进行润湿性试验，结果如图1中四组曲线所示。(a)束流对铺展面积的影响(b)束流对最高加热温度的影响（c）束流对加热速度的影响(

4、d)束流对高温停留时间的影响图1束流对温度场及钎料润湿性的影响由图1可以看出，在加速电压、加热时间、聚焦电流不变的情况下，电子束的束流值越大，其功率密度就越大，热输入量越高，则钎料铺展面积s、最高加热温度Tmax、加热速度ωH以及高温停留时间tH均呈上升趋势。但束流对两种钎料的影响程度不同，BNi-2的变化斜率比锰基7＃合金的大。2.1.2加热时间对温度场及钎料润湿性的影响与上述试验类似，我们锁定束流值和聚焦电流，通过调节加热时间（即束流维持时间）来改变热输入量，观察其影响，结果如图2四组曲线所示。（a）加热时间对铺展面积的影响（b）加

5、热时间对最高加热温度的影响（c）加热时间对加热速度的影响（d）加热时间对高温停留时间的影响图2加热时间对温度场及钎料润湿性的影响由图2曲线可以看出，电子束的功率密度没改变，加热速度ωH基本不变，但随着加热时间的延长，热输入量逐渐增加，则钎料的铺展面积s、最高加热温度Tmax、高温停留时间tH都明显上升。同时可以看出加热时间对两种钎料的影响程度有所不同，锰基7＃合金加热速度ωH比较快，所需加热时间比较短，对加热时间的影响更敏感。2.1.3聚焦电流对温度场及钎料润湿性的影响在工作距离为340mm时，电子束呈表面焦的聚焦电流值为0.565A。

6、在试验中，我们采用的是下散焦方式，焦点位置在试板之下。试验发现，随着聚焦电流的不断升高，电子束的能量密度逐渐增大，铺展面积s、最高加热温度Tmax、加热速度ωH以及高温停留时间tH都呈明显上升趋势。同时可以发现，与束流和加热时间相比，聚焦电流对温度场和钎料润湿性的影响要小得多。但是，聚焦电流的调节非常重要，聚焦不当，束流启动的瞬间极易产生钎料飞溅的现象，不利于电子束钎焊继续进行。综合分析束流、聚焦电流、加热时间对温度场和钎料润湿性的影响，我们发现，BNi-2钎料熔化速度比较慢，需要较长的加热时间，适合比较小的束流。否则，束流过大，钎料熔

7、化时已经发生熔蚀或者母材熔化的现象。而锰基7＃合金熔点高，熔化速度很快，需要很短的加热时间，适合较大的束流，否则，束流过小，钎料不易熔化，流动性太差，需要较长的加热时间钎料才能铺展开，容易发生熔蚀或者母材熔化的现象。2.2不锈钢真空电子束钎焊组织分析从BNi-2钎料真空电子束钎焊后的试样中，选取一个钎焊效果良好的试样进行分析，其焊接参数为：加速电压60kV，聚焦电流0.515A，束流8mA，加热时间40s，扫描频率1k。然后进行金相显微镜、扫描电镜（SEM）、面扫描及X射线能谱分析（EDAX）。试样金相照片如图3所示。照片上方是钎料区，

8、下方是母材区，中间是钎料与母材的界面区。图中可以看出，母材区存在元素晶间扩散现象。a）250×（b）400×图3VEBB试样金相照片图4为二次电子面扫描图象，图中白色区域代表元素分布处。（a）、（b）两张照片钎料和母材两部分没有出现比较大的反差，表明Si、Cr元素扩散明显。由钎料和母材的成分可以得知，Cr元素是由母材向钎料溶解，而Si元素则是由钎料向母材扩散。在（c）图中，上方钎料区富集Ni，而下方母材区Ni元素相对低得多，说明Ni元素的扩散不明显。a）Si元素分布（b）Cr元素分布（c）Ni元素分布图4二次电子面扫描图像试样SEM图像

9、如5所示，图中各点的X射线能谱分析结果见表3。图5SEM1700×表3SEM图象中各点化学成分（ax、加热速度ωH以及高温停留时间tH都呈明显上升趋势。3)锰基7＃合金熔点高，熔化速度很快，适合很短的加热时