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高溫合金的真空釬焊常識

（1）釬焊特點(diǎn)
高溫合金可分為鎳基、鐵基和鈷基3大類，它們在高溫下具有較好的力學(xué)性能、抗氧化性和抗腐蝕性。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是鎳基合金。 

高溫合金含有較多的Cr，加熱時表面形成難以去除的Cr2O3氧化膜。鎳基高溫合金均含有Al和Ti，加熱時極易氧化。因此，防止或減少高溫合金加熱時的氧化及去除其氧化膜是釬焊時的首要問題。由于釬劑中的硼砂或硼酸在釬焊溫度下能使母材產(chǎn)生溶蝕，發(fā)生反應(yīng)后析出的硼能滲入母材造成晶間滲入。對于Al、Ti含量高的鑄造鎳基合金，釬焊時要保證熱態(tài)的真空度不低于10-2～10-3Pa，以免合金表面在加熱時發(fā)生氧化。 

對固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的鎳基合金，釬焊溫度應(yīng)盡量選擇與固溶處理的加熱溫度相一致，以保證合金元素的充分溶解。釬焊溫度過低，合金元素不能完全溶解；釬焊溫度過高，母材晶粒長大，即使焊后進(jìn)行熱處理也無法恢復(fù)材料的性能。鑄造基合金的固溶溫度都較高，一般不會因釬焊溫度過高而影響材料性能。 

一些鎳基高溫合金，特別是沉淀強(qiáng)化合金有應(yīng)力開裂的傾向，釬焊前必須充分去除加工過程中形成的應(yīng)力，釬焊時應(yīng)盡量減小熱應(yīng)力。 
   
（2）釬焊材料

鎳基合金可采用銀基、純銅、鎳基及活性釬料進(jìn)行釬焊。當(dāng)接頭的我作溫度不高時，可采用銀基材料。銀基釬料的種類很多，為減小釬焊加熱時的內(nèi)應(yīng)力，最好選用熔化溫度低的釬料。用銀基釬料釬焊時可選用FB101釬劑，釬焊含鋁最高的沉淀強(qiáng)化高溫合金時，應(yīng)用FB102釬劑，并添加10%～20%的硅氟酸鈉或鋁用釬劑（如FB201等）。當(dāng)釬焊溫度超過900℃時，應(yīng)選用FB105釬劑。 

在真空或保護(hù)氣氛中釬焊時，可選用純銅作釬料，釬焊溫度為1100～1150℃，接頭不會產(chǎn)生應(yīng)力開裂現(xiàn)象，但工作溫度不能超過400℃。 

鎳基釬料具有很好的高溫性能，釬焊時不發(fā)生應(yīng)力開裂現(xiàn)象，是高溫合金最常用的釬料。鎳基釬料中主要的合金元素是Cr、Si、B，少量釬料還含有Fe、W等。B-Ni68CrWB釬料與Ni-Cr-Si-B相比，可減少B對母材的晶間滲出入，增大熔化溫度間隔，是釬焊高溫工作部件和渦輪葉片的釬料。但含W釬料的流動性變差，接頭間隙不易控制。 

活性擴(kuò)散釬焊釬料不含有Si元素，具有極好的抗氧化性和抗硫化性。釬焊溫度可在1150～1218℃之間根據(jù)釬料種類進(jìn)行選擇，釬焊后經(jīng)1066℃擴(kuò)散處理，可獲得與母材性能一致的釬焊接頭。 
   
（3）釬焊工藝

鎳基合金可采用保護(hù)氣氛爐中釬焊、真空釬焊和瞬態(tài)液相連接。釬焊前都必須采用砂紙打磨、氈輪拋光、丙酮擦洗及化學(xué)清洗等方法脫脂及去除表面的氧化物。選擇釬焊工藝參數(shù)時，應(yīng)注意加熱溫度不宜過高，釬焊時間要短，以免釬劑與母材發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。為防止母材列裂，經(jīng)冷加工的零件焊前應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力處理，焊接加熱應(yīng)盡可能均勻，對沉淀強(qiáng)化的高溫合金，應(yīng)先將零件進(jìn)行固溶化處理，然后在稍高于時效強(qiáng)化處理的溫度下進(jìn)行釬焊，最后再進(jìn)行時效處理。 

1）保護(hù)氣氛爐中釬焊

保護(hù)氣氛爐中釬焊對保護(hù)氣體的純度要求很高，對于W(Al)、W(Ti)小于0.5%的高溫合金，使用氫氣或氬氣時，要求其露點(diǎn)低于-54℃。當(dāng)Al、Ti含量增多時，合金表面加熱時仍發(fā)生氧化，必須采取如下措施；加入少量釬劑（如FB105），利用釬劑去除氧化
膜；零件表面鍍0.025～0.038mm厚的鍍層；將釬料預(yù)先噴涂在待釬焊材料表面；附加少量氣體釬劑，如三氟化硼。 

2）真空釬焊爐

真空釬焊應(yīng)用的比較廣，能獲得更好的保護(hù)效果和釬焊質(zhì)量，典型鎳基高溫合金接頭的力學(xué)性能見表15。對于w(Al)、w(Ti)小于4%的高溫合金，雖然表面不進(jìn)行特殊預(yù)處理也能保證釬料的潤濕，但最好在表面電鍍一層0.01～0.015mm的鎳。當(dāng)w(Al)、W(Ti)超過4%時，鍍鎳層的厚度應(yīng)為0.020.03mm。鍍層太薄不起保護(hù)作用，鍍層太厚將降低接頭強(qiáng)度。也可將待焊零件放在盒內(nèi)進(jìn)行真空釬焊，盒中應(yīng)放吸氣劑，如Zr在高溫下吸收氣體，可使盒內(nèi)形成一個局部真空，從而起到防止合金表面氧化的作用。 

高溫合金釬焊接頭組織和強(qiáng)度隨釬焊間隙而變化，釬焊后擴(kuò)散處理將進(jìn)一步增大接頭間隙的最大允許值。以Inconel合金為例，采用B-Ni82CrSiB釬焊的Inconel接頭，經(jīng)1000℃擴(kuò)散處理1h后最大間隙值可達(dá)90um；而采用B-Ni71CrSiB釬焊的接頭，以1000℃擴(kuò)散處理1h后最大間隙值為50um左右。 

3）瞬態(tài)液相連接

瞬態(tài)液相連接是將熔點(diǎn)低于母材的中間層合金（厚度約2.5～100um）作為釬料，在較小的壓力（0～0.007MPa）和合適的溫度（1100～1250℃）下，中間層材料首先熔化并潤濕母材，由于元素的迅速擴(kuò)散，接頭部位發(fā)生等溫凝固而形成接頭。該方法大大降低了對母材表面的配合要求和減少了焊接壓力。瞬態(tài)液相連接的主要參數(shù)有壓力、溫度、保溫時間和中間層成分。加較小的壓力是為了保持焊件配合面的良好接觸。加熱溫度和時間對接頭性能有很大的影響，如果要求接頭與母材等強(qiáng)，并且不影響母材的性能，則應(yīng)采用高溫（如≥1150℃）和長時間（如8～24h）的連接工藝參數(shù)；如果對接頭的連接質(zhì)量有所降低或母材不能經(jīng)受高的溫度，則應(yīng)采用較低的溫度（1100～1150℃）和較短的時間（1～8h）。

中間層應(yīng)以被連接的母材成分為基本成分，加入不同的降溫元素，如B、Si、Mn、Nb等。例如Udimet合金的成分為Ni-15Cr-18.5Co-4.3Al-3.3Ti-5Mo，作為瞬態(tài)液相連接用中間層的成分為B-Ni62.5Cr15Co15Mo5B2.5。這些添加元素都能使Ni-Cr或Ni-Cr-Co合金的熔化溫度降到最低，但B的降熔作用最明顯。此外，B的擴(kuò)散速度高，可使中間層合金和母材迅速達(dá)到均質(zhì)化。