保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.

热流道板真空钎焊有限元模拟与分析

采用BNi-2镍基钎料对热流道板进行真空钎焊,须根据钎焊件设定加热工艺曲线。加热工艺曲线的设定是钎焊过程最重要的环节之一,决定着钎焊的质量和效率。该文结合真空加热的特点及钎焊要求,运用Ansys有限元软件数值模拟的方法,对壁厚、体积较大的多层热流道板真空钎焊进行仿真分析,通过对比不同工艺方案及不同钎焊件的模拟结果,探究真空钎焊过程升温规律,从而调整各阶段的相关参数及制定合理的加热工艺曲线,避免了现场反复调试参数造成的资源浪费,节约了时间和成本,提高了效率。此外,通过在实际钎焊试验过程中布置热电偶对钎焊件测量温度,并与数值模拟结果对比,两者基本吻合,验证了有限元分析的准确性,能为之后其他零部件的真空钎焊提供参考。

(TiZrHf)_(40)(NiCu)_(55)Al_(5)高熵非晶钎料真空钎焊Ti_(2)AlNb/GH4169合金

设计了一种高熵非晶钎料(TiZrHf)_(40)(NiCu)_(55)Al_(5)对Ti_(2)AlNb合金与GH4169镍基高温合金进行真空钎焊,分析了钎焊工艺对Ti_(2)AlNb合金/GH4169镍基高温合金接头界面组织形貌、力学性能及断裂行为的影响规律.结果表明,钎焊接头可划分为Ti_(2)AlNb/等温凝固区(Ⅰ区)/钎缝中心区(Ⅱ区)/扩散反应区(Ⅲ区)/GH4169;钎焊接头典型界面组织为Ti_(2)AlNb/B2+Ti_(2)Ni(Al,Nb)/(Ti,Zr,Hf)(Ni,Cu)/(Ni,Cr,Fe,Ti)ss+Cr-rich(Ni,Cr,Fe)ss+Ni-rich(Ni,Cr,Fe)ss+(Ni,Cr,Fe)ss/GH4169;随钎焊温度升高和保温时间延长,钎焊接头的抗剪强度均呈现出先增大后减小的趋势,当钎焊温度为1020℃、钎焊时间为15min时,接头的抗剪强度达到最大237 MPa.断口分析表明,接头主要断裂在Ti_(2)Ni(Al,Nb)+(Ti,Zr,Hf)(Ni,Cu)+(Ni,Cr,Fe,Ti)ss处,并逐渐向扩散反应区扩展,断口形貌呈现出典型的解理断裂特征.

Ti_(43.76)Zr_(12.50)Cu_(37.49-x)Ni_(6.25)Co_(x)非晶钎料真空钎焊TC4钛合金/316L不锈钢

根据双团簇模型设计并制备了Ti-Zr-Cu-Ni-Co系非晶钎料,用于真空钎焊TC4钛合金和316L不锈钢,分析了钎料中Co元素含量对钎焊接头界面微观组织形貌、力学性能及断裂行为的影响规律.结果表明,钎焊接头可划分为TC4/扩散区(Ⅰ区)/钎缝中心区(Ⅱ区)/界面区(Ⅲ区)/316L,界面典型微观组织结构为TC4/β-Ti+Ti_(2)Cu/(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni)+Ti_(2)Cu+Ti_(2)(Cu,Ni)+TiFe/(Fe,Cr)_(2)Ti+α-(Fe,Cr)+τ+γ-(Fe,Ni)+σ/316L,随着Co元素含量的增加,接头剪切强度先升高后降低再升高,当Co元素含量为1.56%时达到最大310 MPa,不添加Co元素时,接头断裂于钎缝中心区(Ⅱ区);当Co元素含量为1.56%~6.24%时,接头断裂于靠近316L母材的界面区(Ⅲ区)附近,断裂模式为典型的解理断裂.

泡沫镍对B_(4)C陶瓷/TC4真空钎焊接头的强化机制

B_(4)C陶瓷与TC4钛合金进行真空钎焊时,由于两者之间的热膨胀性能存在较大差异,容易因过大的残余应力而产生开裂现象。本文采用添加泡沫镍中间层的方法成功实现了B_(4)C陶瓷与TC4钛合金无开裂缺陷真空钎焊,并观察了钎焊接头微观组织,计算分析了接头残余应力和弹性应变能。结果表明:真空钎焊接头的剪切强度达到88.6 MPa;泡沫镍中间层的添加一方面可有效缓解活性元素Ti对B_(4)C陶瓷基体的过度溶解,减少TiC、TiB_(2)等脆性化合物的形成,并促进了钎料成分的均匀分布;另一方面,软化坍塌的泡沫镍骨架结构分割了熔化的钎料,造成多个小熔合区,从而使焊缝组织受力更加均匀,同时残余应力也获得了一定程度的缓解,有利于B_(4)C陶瓷与TC4钛合金形成良好的连接。B_(4)C陶瓷与TC4钛合金在泡沫镍中间层的加入后应力得到缓解,也进一步验证了陶瓷/金属异种材料的连接可通过多孔材料进行应力释放。

真空钎焊特殊过程记录的设计与应用

文中针对真空钎焊特殊过程中各种记录的设计与应用,阐述了建立记录控制和特殊过程记录的企业标准,制订真空钎焊特殊过程记录的管理规定,开展真空钎焊特殊过程中各种记录的设计、培训、应用、检查与考核,使得真空钎焊特殊过程始终受控,保证焊接特殊过程的过程质量和焊后的产品质量;同时,顺利通过内外部各种质量审核和质量检查。

钛合金板翅式结构双热源真空钎焊过程热流耦合仿真研究

本文构建了电阻生热与辐射加热双热源耦合作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程热-流耦合模型,对比分析了单热源与双热源温度场的差异性,探明了双热源作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程温度场分布与钎料流动规律。结果表明,板翅式结构外侧区域温度高,中心区域温度低,双热源作用下板翅构件表面温度较高。这是由于热传导传温效率更高,双热源作用下板翅结构的升温速率更快。整个加热过程中,单热源加热的板翅结构温差最大约155 K;在双热源作用下,板翅结构温差最大约70 K。因此,在辐射-电阻双热源的共同作用下工件的温度均匀性得到了明显改善。钎料流动分布同温度场分布相似,温度越高钎料熔化越充分,流动性越好。

钎焊温度对TC4钛合金真空钎焊接头组织及性能影响研究

通过自行设计、制备的Ti-38Zr-24Ni(wt.%)钎料真空钎焊TC4钛合金,在改变钎焊温度(900~990℃)条件下,对钎焊接头的组织及性能进行了研究。钎焊接头由三个区组成:扩散区、界面区和中心区。Ni和Zr原子扩散进入母材引起β-Ti转变形成扩散区,扩散区为共析组织α-Ti和(Ti,Zr)_(2)Ni和剩余母材基体组成;界面区为层片状α-Ti和(Ti,Zr)_(2)Ni共析组织组成;中心区为大块状(Ti,Zr)_(2)Ni金属间脆性化合物和尺寸大小不一的层片状α-Ti+(Ti,Zr)_(2)Ni组织组成。提高钎焊温度,扩散区和界面区的宽度增加,中心区的宽度降低,且钎缝中心IMC化合物的数量降低。采用钎焊温度990℃时获得最高抗剪强度,其值为647MPa。

温度和时长对6061铝合金的4004钎料真空钎焊影响研究

以6061-T6铝合金为研究对象,采用4004铝合金作为钎料对其进行真空钎焊,并通过控制钎焊高温段的温度和时长焊接出具有不同钎缝的6061铝合金水冷板。用气密测试台、水浸超声波检测仪、微距摄像机、金相显微镜对试验件的钎焊情况及钎缝微观形貌进行分析表征。结果表明,钎焊高温段温度低或者保温时间短,钎料的流动性不足,钎缝存在脱焊。反之,钎焊高温段温度高或保温时间长则会造成焊缝熔蚀。当炉内真空度≤2.0×10^(-3) Pa时,钎焊高温段温度595℃,保温时间80 min,真空钎焊的6061铝合金焊缝具有良好的成形性和密封性能。

真空钎焊6063铝合金蜂窝板微观组织

采用4004钎料真空钎焊6063铝合金蜂窝板,研究了不同蜂窝芯厚度对钎焊接头微观组织的影响。结果表明,在钎焊温度为585℃、保温时间为20 min时,厚度为0.10 mm蜂窝芯无法钎焊成形。3种不同厚度蜂窝芯均有熔蚀现象产生。当单层蜂窝芯厚度为0.10 mm和0.15 mm时,在钎焊界面反应区存在白色的Al-Si共晶相,其形貌在单层窝芯厚度0.10 mm时为块状,其形貌在单层窝芯厚度0.15 mm时为树枝状;当单层蜂窝芯厚度为0.21 mm时,白色的Al-Si共晶相消失,仅存在Si元素富集相。双层蜂窝芯厚度为0.10 mm的蜂窝板钎焊界面坍塌;当双层蜂窝芯厚度为0.15 mm时,界面反应区(富Si金属间化合物相)较大,但是芯材没有发生熔解现象,界面反应区与芯材之间也形成部分影响区(α-Al固溶体相),面板与界面反应区之间的影响区也小于双层蜂窝芯厚度为0.10 mm的影响区;当双层蜂窝芯厚度达到0.21 mm时,面板与界面反应区中间的影响区增大,芯材同样没有发生熔解现象,芯材界面反应区变小;即双层蜂窝芯脆性富Si金属间化合物减少,α-Al固溶体相增多。

TC4钛合金液冷板与结构件真空钎焊的工艺研究

针对TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊存在漏焊,一次焊接成功率低的问题,采用高、低温Ag-Cu基钎料及石墨配重的工艺方法进行钎焊,对钎缝进行了微观金相分析,检测液冷板的极限疲劳寿命、极限耐压强度和流动阻力。结果表明:利用高温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件在1 MPa的极限耐压能力测试中,压力表示数稳定未漏气,在极限疲劳寿命测试过程中,经历2 000次0.5 MPa反复升压,未泄漏和损坏;低温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件则发生漏气,压力表示数变化明显。TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊的过程中,高温Ag-Cu基钎料比低温Ag-Cu基钎料的焊接性能好。

钛合金板翅式结构真空钎焊过程温度场均匀性研究

板翅结构具有更高的换热效率与性价比,广泛应用于航空航天、超导、石油化工等领域。同时,高温高压高载荷的恶劣环境要求板翅结构具有更优异的力学性能、更高的安全性与可靠性。因此,针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展温度场均匀性研究,探究加热带分布、升温速率对板翅结构温度场均匀性的影响规律与机理,明晰炉膛内温度场分布规律。结果表明,工件温度场均匀性受工件结构的影响显著,炉膛中心区域温度最高,但板翅结构的峰值温度位于板翅结构两侧。当工件受到热辐射的方向性较差时,其温度均匀性更好,因此间隔分布的加热带温度均匀性更优。而升温速率增大时,工件的温度场均匀性变差。其仿真结果为优化钛合金板翅结构钎焊工艺提供了理论基础。

CZ锆合金与316L不锈钢真空钎焊接头的界面组织及力学性能

采用BAg72Cu银基钎料对CZ锆合金与316L不锈钢进行真空钎焊,研究了其界面微观组织及力学性能。结果表明,经真空钎焊后其接头界面组织连续且致密,钎料与两侧母材均实现了良好的冶金结合。钎焊温度为800、820、850℃时,从不锈钢侧到锆侧的接头组织依次为Fe(Cr,Zr)_(2)、Zr(Fe,Cr)_(2)、(Zr,Cu)、Zr_(2)Ag、α-Zr+Zr_(2)Cu+Zr_(2)Ag。钎焊温度为880℃时,由于铁元素大量扩散,焊缝中生成了Zr3Fe相。820℃钎焊时接头的室温抗剪强度最高,为125 MPa。银铜钎料的加入使接头显著硬化,近不锈钢侧的扩散层硬度值最大,约为725 HV。所有钎焊工艺下,剪切断裂都发生在母材锆合金与钎料之间的界面,断口形貌为典型的河流状花纹和台阶,为脆性解理断裂。

光学窗口真空钎焊技术研究现状

光学窗口作为半导体光电器件封装中的关键外壳构件之一,为光电器件提供了必不可少的光学信号透过路径,该结构的封接质量会对器件的长期寿命产生重要影响。真空钎焊技术是以钎料作为填充材料,并在真空环境下将窗座与光窗片钎焊获得永久气密性连接的过程,是实现光学窗口封接的主要技术之一,其具有封接温度低、气密性高、平面度好以及可靠性高等优点,被广泛应用于光学器件真空气密性封装及光学设备制造等领域。文中从钎料类型、金属化结构设计、钎焊设备、焊接空洞率、气密性以及力学性能测试等方面对光学窗口真空钎焊技术的研究现状进行了介绍,并指出在此领域内未来技术的发展趋势。

铝合金散热器真空钎焊及热处理工艺研究

对Al-Mg-Si系铝合金散热器进行了真空钎焊及固溶时效处理的工艺研究,首先进行热分析得出母材的固相线及钎料的液相线温度,确定了真空钎焊参数,再采用X射线衍射仪对钎料、母材及该真空钎焊焊缝进行物相测试,最后通过微观组织观察及力学性能对比对不同工艺热处理的焊缝进行了深入分析。结果表明:608℃/70 min的真空钎焊工艺可获得优质的焊缝,未出现裂纹、孔洞及溶蚀等缺陷。随固溶温度提高,焊缝晶粒尺寸及初生相溶解度增大,焊缝最佳热处理工艺为530℃/3 h+150℃/5 h;在550℃/5 h时母材的初生相固溶度达到饱和,在150℃保温9 h时效处理时,可观察到大量的针状β"相和杆状β’相,母材最佳热处理工艺为550℃/5 h+150℃/9 h;经优化对比,散热器的热处理工艺为540℃/4 h+150℃/6 h,在该工艺下焊缝与母材的力学性能得到有效保证。

Mn13钢基材表面真空钎焊Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金的微观组织与性能

针对传统钢材Mn13钢等在大规模应用中暴露出的低应力耐磨性差、低温脆性和易生锈等问题,采用在Mn13钢表面焊接具有高强度、良好的延展性和耐蚀性的Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)近共晶高熵合金来改善其表面性能。采用BNi2钎料通过真空钎焊的方式在Mn13钢表面钎焊Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金,并对高熵合金母材和钎焊接头的微观组织与力学性能进行了探究,同时研究了真空钎焊温度对钎焊层微观组织和力学性能的影响。实验结果表明:母材Al_(1.2)CoCrFeNi_(2.1)高熵合金的显微组织由FCC相和有序B2相组成,钎焊后合金组织中B2相体积分数增加,显微维氏硬度从(436±15.7)HV升至(472±7.1)HV;钎焊接头的微观组织主要为Ni基的固溶体相和硼化物相,焊缝中心主要以CrB为主,扩散区则以B元素与母材元素形成的硼化物为主;钎焊温度过低或者过高会在焊缝形成气孔及硼化物,从而降低钎焊接头的剪切强度,当钎焊温度为1 050℃时,焊接接头的剪切强度达到最大值684.6 MPa。

海上风电铝制板翅式散热器真空钎焊工艺研究

文章基于MODELGX41F显微金相分析系统,通过对铝制板翅式散热器真空钎焊工艺中钎焊保温时间、工件最低温度的控制,考察焊后钎接板晶粒度、钎接板溶蚀深度、焊接饱和度的微观成像,寻找最佳焊接参数。试验表明,当钎焊温度为605℃,保温时间为23min,最低工件温度为580℃时,焊后钎接板呈扁平多层晶粒,板厚方向平均颗粒数目>5个;钎接板单面溶蚀深度最大为70.4μm,双面熔蚀深度最大为110μm;翅片接头位置与非接头位置未发现溶蚀,焊接接头无缺陷。焊接工艺稳定且满足质量要求。

TiB_(w)/TA15钛基复合材料真空钎焊界面组织及性能研究

采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料对TiB_(w)/TA15钛基复合材料进行真空钎焊,对不同工艺参数下钎焊接头组织及性能进行分析.结果表明,钎焊界面主要由针状的α-Ti相、间隙β-Ti相及Ti_(2)(Cu,Ni)金属间化合物及TiB_(w)增强相组成.随着钎焊温度(920~980℃)和保温时间(60~150 min)的增加,针状α-Ti相占比增加,金属间化合物减少,TiB_(w)分布趋于均匀,接头力学性能增加.但较长的保温时间导致界面宽度增加,使接头整体塑性下降.钎料添加量较少且适宜的情况下,钎焊温度980℃,保温时间90 min下能获得最佳力学性能.

铝合金错位翅片型水冷散热器真空钎焊工艺

研究铝合金错位翅片型水冷散热器的真空钎焊工艺。采用水浸超声仪对产品钎着率进行测量,采用检漏仪对产品的气密性进行测试,采用拉伸试验机对试样的强度、延伸率进行分析,采用硬度计对试样的布氏硬度进行测试。结果表明:温度曲线、工装装夹力矩、工装结构对钎着率有显著影响。随着保温时间适当延长,钎着率呈现上升趋势;随着工装装夹力矩的增大,钎着率也呈现上升趋势,最佳扭矩为120 N·m;工装结构会影响每垛最上层散热器焊合情况,在合适的钎焊温度曲线、装夹力与适宜的工装情况下,产品钎着率可达90%以上,检漏合格率高达99%。3003铝合金经真空钎焊后,力学性能有所下降,抗拉强度下降幅度为27.2%,规定非比例延伸强度下降幅度为34.1%,延伸率下降幅度为6.6%,硬度下降幅度为32.2%。

用于核电元件制造的深井式真空钎焊设备设计

钨、钼、铼等难熔金属材料部件,常用于维持空间轨道卫星、空间站等运行的动力源中,如核电类电源、电推进等。此类核电元件大多工作在超高真空环境下,同时伴随有高温辐射、射线和粒子辐照等极为苛刻的环境条件。基于大多数部件结构特点,以及需要保护材料和部件外表面形状、尺寸精度、涂层组分及结构稳定性等要求,与其相关的真空工艺设备需设计为井式结构,工件为悬挂式安装。本文详细介绍了一种难熔金属真空钎焊设备,用于核电元件的新工艺制造,在可靠性、安全性和可操作性等方面进行了优化创新。设备为特殊“深井”式结构,上部出料,最高加热温度为2100℃。经测试,其热态(1600℃)真空度达到3×10^(-4)Pa,温度均匀性达到±4℃,使用情况良好。