铍焊接技术研究进展

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1、披焊接技术研究进展航天材料及工艺研究所(100076)常志龙，焦好军，胡明臣摘要：皱具有优良的物理性能和力学性能，在核工业、航空航天工业、高能物理等方而有广泛的应川。本文结合钺的钎焊、扩散焊、熔化焊等焊接工艺，对披的当前国内外焊接现状进行了概述，同时展望了铁焊接技术的发展前景和趋势。关键词：皴；钎焊；扩散焊；熔化焊0引言彼是一种轻稀冇金属，具冇原子序数低、密度低、线膨胀系数小、比热容大、熔点高、弹性模量高、比强度大、吸热力强、高温尺寸与性能变化小等优异性能。这些优异的物理性能和力学性能，使彼在核工业、航空航天工业、武器系统、光学系统、高能物理、仪表仪器等许多领域得到了应用。同时彼具冇室温延展性

2、差、焊接性能差、高温抗氧化性能差、脆性人、对残余气飙吸附能力强、机械加工损伤严重以及剧壽性等缺点"J彼是金属材料小焊接难度较大的材料Z—。彼及彼合金的焊接困难主要与其本少的性能有很大关系。彼属于密排六方晶格结构，在性能上表现出严重的各向异性特征，在焊接过程中会导致不同方向上的形变和应力分布的不均匀性；跛表面吸附能人，对表面残余气体吸附能力很强，在高温下易与氧、氮反应牛成化合物，从而导致其焊接接头性能变差，因此彼的焊接对保护性气氛或真空度有严格的要求，焊接前必须严格清洗焊件表面，否则彼衣面易与残余气体发生反应形成化介物，这些化合物在钎焊时会妨碍钎料润湿，在扩散焊时会增加原子扩散难度，增加焊缝缺陷

3、；彼的低延展性、各向异性和在焊接过程屮形成粗大晶粒，导致彼焊缝变脆，在热应力的作用下易产住开裂。彼的机械加工损伤比较严重，在机械应力的作用下，彼表层会产牛应力、挛品、微裂纹和织构等缺陷，大人降低其强度和塑性，严重影响皱构件焊接接头性能。国外花了很长时间才解决了皱的焊接难题，原因是无论采用何种焊接方法，焊接工艺的可重复性较差，致使彼焊接很难确定出相应的工艺标准。另外，冇些彼焊件要求在苛刻的环境条件下使用，使彼焊接增加了新的难点⑸。国内对于彼的焊接研究较少，航天材料与工艺研究所、中国工程物理研究院、清华人学、北京航空航天人学、北京科技大学等儿家研究所、院校对彼的焊接开展了一定的研究，但关于披焊接的

4、实际应用现在还没冇。因此冇必要对国内外彼的焊接技术研究进展进行综述，以便于在该领域做更深入的研究从而促进彼悍接技术不断向前发展。1皱的钎焊钎焊是焊接皴的首选方法。银与钺、钺与其他金属的焊接都可以采用钎焊方法。钎焊方法和钎焊试验参数取决于焊件工作温度、接头儿何形状和强度要求，钎焊彼吋所发化的问题随着温度的升高而增多。因此在满足力学性能的前提下应尽量选用低熔点钎料叫钎焊钺的软钎料主要有锌基钎料和熔点范围为（427〜454°C）的钢基钎料等。试验表明，钢基钎料对披的润湿效果较差。常'用的软钎料有5%Ag-Pb.3%Zn-Sn-Pb.99.9%Zn等。软钎焊的特点是钎焊温度低、形变较小，但是接头强度低

5、，因而应用较少。采用硬钎焊焊接皴町以获得鮫好的焊接接头，片更钎料的种类比鮫多。钎料主耍有铝基钎料、银基钎料、铜基钎料等。其中铝基钎料的应用最为广泛。日本的Banaim等人采用0.3mm的Al钎料对彼进行钎焊，在熔合区和热影响区有牛成显微裂纹的倾向⑺。美国的Cadden等人采用铝基钎料钎焊Be和Cu取得了一定的进展⑻。蒋元清等人研究了A1和AllO-Si两种钎料対彼的钎焊，结果表明，采用A110-Si対彼进行钎焊获得均匀致密的接头，剪切强度较高，纯铝钎料的钎焊性较差⑼。张鹏程采用A1-12S1对皱与HR-1不锈钢进行了钎焊向。彼焊接接头强度要求高时，可选择银基钎料进行高温钎焊。选用Ag-28Cu

6、钎料在800°C和较高真空度下钎焊皴，接头强度冇了很大的提高，但由于披的缺口敏感性大，局部应力集中导致彼母材的断裂，因此无法准确测岀接头的剪切强度。如果加热温度高或保温时间长,则在近彼侧可发现空洞，此时的彼虽然保持带状组织，但是已经发牛•再结品（彼的再结品温度为700-900）可见更高的工作温度对钎炸披是很不利的。同时由于Ag・Cu钎料元素可能渗入披金属形成脆性化合物而降低接头性能随著钎焊皱的热源不同，彼钎焊乂可分为多种，如炉中钎焊、感应钎焊、电子束钎焊、氮弧钎焊和激光钎焊等。目前对彼的钎焊多采用电子朿钎焊和激光钎焊，采用塑性和润湿性均较好的铝或铝硅合金作钎料。张友寿等对电了束钎焊皱的显微组织

7、进行了研究分析，试验分别采用Al-12Si和Al12Si1.5Mg作为填充材料。结果表明加铝或硅合金做填充材料，消除悍接裂纹的作用是明显的。如果母材启裂纹，铝、硅填充材料还可以填充裂纹。填充铝后，在高温区铝组分可有较宽的范围，随着温度降到647°C,除了铝与钺形成共晶外，多余的铝富集于晶界，造成微区铝严重偏聚。另外，皱高温塑性好，室温塑性差，因此在焊接的降温过程中高、低温间存在鴉-脆性转变过程，易