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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(shí)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(shí)極易氧化。因此，防止或減少高溫合金加熱時(shí)的氧化及去除其氧化膜是釬焊時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，可采用銀基材料。銀基釬料的種類很多，為減小釬焊加熱時(shí)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(shí)可選用FB101釬劑，釬焊含鋁最高的沉淀強(qiáng)化高溫合金時(shí)，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(shí)，應(yīng)選用FB105釬劑。 

在真空或保護(hù)氣氛中釬焊時(shí)，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(shí)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(shí)，應(yīng)注意加熱溫度不宜過高，釬焊時(shí)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(shí)效強(qiáng)化處理的溫度下進(jìn)行釬焊，最后再進(jìn)行時(shí)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(shí)，要求其露點(diǎn)低于-54℃。當(dāng)Al、Ti含量增多時(shí)，合金表面加熱時(shí)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(shí)，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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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。