PDC钻头钎焊工艺及接头力学性能研究

文中通过PDC复合片与42CrMo钢的氧乙炔火焰钎焊试验,研究了不同钎焊温度对异型材钎焊接头抗剪强度、钎缝厚度的影响,用金相显微镜观察分析了钎缝的微观结构。结果表明,690~710℃钎焊温度下钎缝缺陷最少,钎缝厚度0.1~0.15 mm,平均抗剪强度高达274.33 MPa。并提出了合理的PDC钻头钎焊工艺和钎焊质量检测方法。

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.

基于钎焊工艺的环路热管耦合系统设计及验证

随着航天技术的发展,航天器的功能集成度提升,对系统散热要求越来越高。环路热管作为一种两相态高效传热部件,具备远距离、逆重力、布局灵活等特点,常应用于单一热源下的定向热量传输;对于多点热源的复杂环境,环路热管系统稳定性差,一般很难适应。针对复杂空间热流下多点分散热源的散热需求,设计了一种基于钎焊工艺的环路热管强耦合热管理系统,对关键耦合参数进行了敏感性分析,并开展了相关试验,验证了界面低热阻、强耦合等关键技术的可行性,提升平台散热能力达52%。环路热管实现了在陆地探测四号01星载荷舱上的应用,为国际首次在平台系统的大规模应用,载荷舱散热能力由4 kW提升到6 kW,为大功率固态放大器提供0~20℃在轨温度环境。环路热管突破了在平台应用的约束限制,为后续环路热管的热耦合系统设计提供借鉴。

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。

石墨管与不锈钢管钎焊接头的组织和残余应力

为使石墨材料能够在空间核电散热装置中更充分地发挥其价值,本文采用BNi-2钎料真空钎焊连接等静压石墨管和304不锈钢管,研究了石墨/BNi-2/不锈钢接头在1010℃、保温90 min条件下的显微组织和不同冷却工艺对接头残余应力的影响。研究表明:在1010℃,保温90 min条件下,钎焊接头致密无裂纹,Cr元素在石墨侧与石墨基体反应形成Cr_(7)C_(3)反应层,在不锈钢侧形成了σ-FeCr扩散层,界面接头组成为石墨/Cr_(7)C_(3)/Ni(s,s)+Ni_(3)Si/σ-FeCr/不锈钢;经缓冷工艺处理的接头,常温剪切强度为28.38 MPa,比炉冷处理的接头剪切强度提高了22%;有限元数值分析结果表明,采用缓慢冷却的钎焊工艺可以有效缓解钎焊接头在冷却过程中产生的残余应力,符合剪切实验结果。

(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.

陶瓷-金属钎焊接头残余热应力研究进展

【目的】陶瓷与金属的理化性质差异较大,实现二者的钎焊连接面临陶瓷润湿性差和接头中存在残余热应力的问题。【方法】课题组对陶瓷-金属连接的活性钎焊法研究进展进行了综述,并介绍了复合钎料法、中间层法、陶瓷表面改性法、钎料或母材梯度化等目前常用的缓解陶瓷-金属接头残余热应力的方法,展望了降低陶瓷-金属钎焊接头残余热应力的未来发展方向,并提出应将复合方法与数值模拟分析、特种钎料作为缓解金属与陶瓷等异种材料焊接残余应力的研究重点。【结果】复合钎料法、中间层法和陶瓷表面改性法都能够有效缓解接头中残余热应力,改善接头性能,但均有一定局限性。【结论】结合工程发展与实际应用需求,迫切需要采用复合方法进行应力调控,发挥不同方法的优势,避免弊端,获得综合性能良好的钎焊接头将是陶瓷与金属钎焊领域中一个重要研究方向。

混合钎料对镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

【目的】采用一种新型镍基钎料和母材成分一致的高熔点合金粉混合的方法制备出混合钎料,研究了添加的高熔点合金粉的粒径和配比对钎缝微观组织和力学性能的影响。【方法】采用扫描电子显微镜对钎焊接头的析出相、元素分布、微观组织进行了分析,并对钎焊接头的硬度及持久性能进行了测试。【结果】研究表明,接头主要由钎料合金区(FAZ)、界面连接区(IBZ)和扩散影响区(DAZ)三部分组成。钎料合金区主要由M3B2和M8B型硼化物及γ/γ′相组成。界面连接区由γ和γ′沉淀强化相组成。当合金粉粒径为44μm和75μm时,均可得到无缺陷的焊接接头;但当合金粉粒径尺寸达177μm时,钎缝内会形成孔洞缺陷。【结论】随着合金粉比例的提高,接头连接区的显微硬度有所上升。当合金配比由30%到50%,接头的持久寿命由15 h增加至34 h;但进一步提升比例至60%时,接头的持久寿命下降至0.6 h。该文的结果可为实现高温热端零部件的连接和修复工程应用提供理论依据和参考价值。

管路火焰钎焊工艺关键技术点分析

对于321不锈钢薄壁管路银基钎料火焰钎焊工艺进行研究,阐述了使用AMS4772银基钎料钎焊管路的技术要点和关键参数,并进行了焊后检查、无损检测和压力测试。结果表明:通过采用该修复工艺,能够获得外观、密封性能和钎焊铺展率优良的接头,钎焊质量达到要求。

Gd改性Ni-Cr钎料钎焊金刚石组织和性能研究

本研究旨在减少钎焊金刚石的热损伤,提高钎焊金刚石的力学性能。采用Gd改性的Ni-Cr合金钎料,在1080℃保温5 min对金刚石进行真空感应钎焊试验,并利用SEM、EDS及XRD对钎料的微观组织和金刚石焊后界面微结构进行测试分析。结果表明,Gd的添加提高了Ni-Cr合金钎料的力学性能,钎料中生成了两种新的稀土化合物(Gd_(2)Ni_(17)和GdNi_(5))。添加适量的Gd可提高金刚石的出露度,且钎焊接头中生成的新型Gd_(2)Ni_(17)化合物有利于减少钎焊金刚石的热损伤。此外,当Gd的添加量为0.8%时,金刚石的暴露量达到其自身高度的62.1%,力学性能测试证实使用该钎料钎焊的金刚石的静压强度和磨削性能高于使用纯镍铬合金钎焊的钻石。

Cu对铝/钢CMT熔钎焊接头界面区组织的影响研究

采用冷金属过渡方法,以AlSi5焊丝为填充金属,在5052铝合金和镀锌钢板之间添加铜箔片进行搭接熔钎焊,使用扫描电子显微镜结合能谱分析和拉伸试验机对接头的界面区组织与性能进行研究。结果表明,未加入铜箔时,界面区组织主要由FeAl_(3)金属间化合物组成;铜箔的加入使得界面区组织中新生成了CuAl_(2)金属间化合物,同时改善了Zn在界面区的分布。Zn固溶于Al中,一定程度上抑制了Fe-Al金属间化合物产生。加入铜箔后的试样断裂位置发生改变,接头的承载能力与未加入铜箔的相近。

钎焊温度对Ti-Ni-TiB_(2)钎料钎焊连接γ-TiAl接头的影响

在钎焊温度1170~1210℃、钎焊时间1min的工艺参数下,采用真空悬浮熔炼的Ti-Ni-TiB_(2)铸态钎料钎焊连接Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(at%)合金,研究了TiAl合金钎焊接头界面的显微组织,及钎焊温度对接头的组织、抗剪强度的影响,并观察了接头的剪切断口形貌。结果表明,钎焊接头主要由扩散层(Ti_(3)Al)、界面反应层(Ti3Al+Al_(2)NiTi)和中心钎焊层(Al_(2)NiTi+Ti_(2)Ni+TiB_(2)+TiB)3个界面反应层组成。随着钎焊温度的增加,TiAl钎焊接头的扩散层宽度和抗剪强度均先增加后减小,界面显微组织越来越均匀。当钎焊温度为1200℃时,接头抗剪强度最大,达到348 MPa,接头断裂方式为准解理断裂。TiAl钎焊接头中原位自生的TiB晶须使裂纹发生偏转,调节钎缝的热膨胀系数梯度,实现对TiAl钎焊接头的强韧化。

钎焊材料预处理及烧结气氛对铁基粉末冶金零件烧结钎焊的影响

采用水雾化Ancorbraze 72(AB72)粉为钎焊料,对铁基粉末冶金材料进行烧结钎焊。通过钎焊料预处理和改变烧结气氛研究钎焊料润湿性及其在母体材料中的渗入深度。结果表明:随着钎焊料预处理温度的上升,钎焊料在母体表面残留物的最大直径明显减少,钎焊料在距离润湿面1000μm处的扩散范围逐渐降低。当预处理温度为800℃时,钎焊料残留物最少,距润湿面1000μm处扩散范围最小,预处理效果最好。当预处理温度为800℃,处理时间长度为2 h,处理气氛为75%N_(2)+25%H_(2)(体积分数)时,烧结钎焊后钎焊料表面残留较少,距润湿面1000μm处钎焊料的扩散范围最小。烧结钎焊时通入一定量的吸热性气氛可以明显改善钎焊料在基体中的渗入情况,当通入吸热性气氛流量为20 m^(3)·h^(-1)时,对润湿角和渗入深度的改善效果最好。

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.

Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料空气反应钎焊GH3128/Al_(2)O_(3)接头组织及性能

以Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料对GH3128高温合金与Al_(2)O_(3)陶瓷进行空气反应钎焊(RAB)连接,研究了NiO和LiAlSiO_(4)添加量对钎焊接头显微结构和力学性能的影响,分析了接头的界面微观结构及其形成机制。结果表明,钎焊过程中,GH3128合金表面生成了包括CuCrO_(4)内氧化层和NiO外氧化层的复合氧化反应层,Al_(2)O_(3)陶瓷表面生成了以CuAl_(2)O_(4)为主要成分的界面层。NiO的添加明显改善了复合钎料在合金侧的润湿性,而锂霞石(LiAlSiO_(4))的添加减小了钎缝与母材间的热失配,极大地改善了键合接头的连接性能。最终,使用含0.3%NiO(质量分数)和4%LiAlSiO_(4)(质量分数)的Ag-10%CuO复合钎料钎焊GH3128合金和Al_(2)O_(3)陶瓷,获得了61.8 MPa的最大剪切强度。此时,接头界面结构为GH3128/CuCrO_(4)+CrNi3+NiO+CuO/Ag+CuO+LiAlSiO_(4)/CuAl_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)。

粉状铝钎焊材料大面积钎焊铝合金∕不锈钢的研究

根据对铝合金与不锈钢的焊接性能分析,研究了应用于铝合金∕不锈钢钎焊连接的粉状铝钎焊材料的材质选取、成分确定和粒度分布情况。结果表明:采用粉状铝钎料配合无腐蚀铝钎剂能满足大面积钎焊铝合金∕不锈钢的需求。减少粉状铝钎料中粒度<38μm的细粉,利于稳定钎焊质量。铝钎剂用量宜占钎焊材料的20.0%~25.9%。焊缝靠不锈钢侧的界面平直且较紧实,并向钎缝呈齿状生长。其组成主要为Al-Fe-Si形成的三元化合物及Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3)相的多种化合物并存。在单面感应加热钎焊时,焊件边缘部位的结合强度较中心部位的高。感应加热面的不平行度减小及温度均匀性增加,有利于提高钎焊质量。

熔焊与钎焊在不锈钢微型管道焊接应用中的效果对比

各类仪器、空调内部都设有不锈钢微型管道,这些管道在运行过程中由于自身质量问题或操作不当导致断裂泄漏,需要焊接恢复。但是由于管道微小,材质又多为导热系数较差的不锈钢,采用熔焊技术焊接时极易瞬间熔断烧损无法达到焊接密封的效果,严重时会导致小小管道烧损报废。采用烙铁钎焊技术焊接接头的熔点太低,仪器运行到高温时容易熔化脱落,采用火焰钎焊技术焊接如果组对、焊接工艺参数不当会出现焊瘤、堵塞等问题。为此,本文针对不锈钢微型管道的概念及焊接性进行叙述;对熔焊技术、烙铁钎焊技术、火焰钎焊技术在不锈钢微型管道焊接应用中存在的优缺点进行描述对比;对火焰钎焊技术焊接不锈钢微型管道的常见缺陷及产生原因进行分析;论述火焰钎焊技术焊接不锈钢微型管道的具体操作过程。

钎焊温度对BNi-2非晶钎料钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢组织和性能的影响

采用BNi-2非晶钎料成功钎焊了1Cr18Ni9Ti不锈钢,通过扫描电子显微镜及能谱仪对不同钎焊温度下钎焊接头的界面微观组织进行了表征及分析,并对钎焊接头的抗剪强度进行了测试,探究了钎焊温度对接头界面组织及力学性能的影响.结果表明钎焊接头的界面微观组织从钎缝中心到母材可以被分为3个区域,钎焊温度为1050℃时钎缝区主要为Ni基固溶体+Cr-B相,扩散区分布有Fe-Ni固溶体及细小条状的σ-FeCr相,晶间渗入区中奥氏体晶间处分布着σ-FeCr相及Cr-B相.随着钎焊温度的升高,B元素扩散速度不断加快,Cr-B相的晶间渗入程度加剧;钎缝中心的块状Cr-B相逐渐减小直至1150℃时消失,钎缝区组织均匀化.在温度的作用下,钎缝宽度呈现先减小后增大的趋势.而接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势;最大抗剪强度出现在1050℃时,约265 MPa;而接头的断裂形式主要以韧性断裂为主.利用阿伦尼乌斯方程得到了B原子的扩散活化能为8.18×10^(4)×nJ/mol,n为时间指数.

大尺寸薄壁钛合金结构钎焊技术

我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确提出强化国家战略科技力量,在“空天科技、深地深海等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目”。轻质、高强、耐蚀钛合金换热器是战机、舰船、潜艇等等大国重器的动力与环控系统核心部件。近年来,针对我国在大尺寸、薄壁复杂结构、高效钛合金换热器钎焊制造存在技术瓶颈,难以满足耐高压、大载荷、强振动、高温腐蚀等极端服役要求的问题,科研人员在钎焊材料、工艺和装备方面开展攻关,以实现空天、舰船高端装备用钛合金换热器的高效高可靠制造。

YG8/GH4169异种材料钎焊接头残余应力的数值模拟

钻探采样技术是实现月球土壤样本采集的首选方法,针对钻采工具中异种材料钎焊接头残余应力大、连接质量差等问题,以ANSYS有限元软件为平台,采用数值模拟方法,分析了YG8/GH4169钎焊接头残余应力的分布情况,以及添加Cu,Mo中间层时对接头残余应力的影响规律.结果表明,在硬质合金/高温合金钎焊接头中存在极大的残余应力,硬质合金靠近焊缝的顶点附近为应力集中的危险区域,最大轴向残余应力约为1304 MPa;添加Cu,Mo中间层均能有效缓解接头残余应力,当中间层厚度小于0.6 mm时,Cu对接头残余应力的缓解效果更好,中间层厚度大于0.6 mm时,Mo的缓解效果更佳;Cu,Mo作为中间层时,缓解接头残余应力的最佳厚度均为1.0 mm左右,异种材料钎焊接头残余应力的试验结果与数值模拟结果基本吻合.