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  钎焊和扩散焊技术是应用最为广泛的先进焊

时间:2019-11-21 00:28来源:关乎我们
钎焊技术广泛应用在家电、电子、信息、能源等产业中,但传统钎料含有铅、镉、卤化物等有毒有害物质,在制造和使用过程中会对环境造成严重污染,长期以来,国内外缺少解决这一

钎焊技术广泛应用在家电、电子、信息、能源等产业中,但传统钎料含有铅、镉、卤化物等有毒有害物质,在制造和使用过程中会对环境造成严重污染,长期以来,国内外缺少解决这一难题的有效途径。

新蒲京棋牌官方下载 1 特种焊接工艺

新蒲京棋牌官方下载 2 耐高温蜂窝结构(航空报图片)

锌具有良好的耐蚀性和较高的力学性能;锌合金主要是锌铜合金(一般含铜量小于2%)和锌铝合金(一般含铝量小于20%),它们主要是用于黄铜的替代品。锌及其合金的焊接比较好,但它们的熔点低(380~500℃),在电弧的高温下易造成锌的蒸发,而气焊时锌的蒸发要少得多,因此最常用的方法是气焊(俗称风焊)。现具体介绍气焊锌及其合金焊接工艺。

机械总院针对钎料无害化制备和应用开展了一系列关键共性技术攻关,取得重大成果:一是系统研究多种合金元素对银基、锌基钎料性能的影响,开发出铜磷基、锌铝基、银铜锌基钎料等系列专用无害化钎料,综合性能优于含有毒元素的传统钎料;二是针对无害钎料制造瓶颈,研制出铜磷钎料无烟尘制备工艺与装备,基本消除了磷化物烟尘排放,开发出新型成形技术,解决了钎料生产流程长、能耗高、排放大的难题,首创表面镀锡复合焊条、金属粉芯焊丝及三明治复合焊片等多合金复合钎料,实现了难加工钎料的制造、使用一体化;三是在国内外首次制备了无粘结剂的钎剂涂覆焊环,实现了钎焊过程无残碳、无夹渣,创立无缝药芯焊丝及其生产工艺,制备的焊丝钎剂排放量减少到国际同行的十分之一,解决了钎剂浪费、环境污染等难题。

  焊接技术是先进制造行业的关键技术,是材料形成零件和零件成为产品的桥梁。焊接质量直接影响着产品的性能、寿命和安全。焊接技术在解决复杂结构制造、简化材料成形工艺和降低制造成本等方面发挥着重要作用,已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。焊接技术通常应用于航空、航天、船舶、石油、化工、汽车、机械、电子等领域,其中,焊接技术在航空工业的应用尤其广泛,被喻为编织飞行梦想的“连接器”。

新蒲京棋牌官方下载 3 钎焊原理图

焊前准备:

该成果授权发明专利25件,出版专著6本。经河南省科技厅组织的专家组鉴定,该成果整体达到国际先进水平,2015年获得中国机械工业科学技术奖一等奖。该成果已应用在20个省、21个制造领域的1000多家企业,对于提升行业技术水平,推动实施绿色制造具有重要意义。

  中航工业北京航空材料研究院(以下简称“航材院”)是我国最早进行焊接技术研究的航空科研院所之一。经过57年的发展,航材院在焊接方面已形成航空新材料的焊接性研究与焊接接头性能评价技术、新型高温结构材料的钎焊与扩散焊技术、航空复杂结构的焊接制造技术、特种焊接材料制备技术、发动机关键部件焊接修复再利用及可靠性评价技术等五大核心研究方向,在我国航空焊接领域综合实力处于领先地位,已成为中国航空焊接技术的“梦之队”。

  “高压涡轮导向叶片经过长时间高温环境下的试车考验,双联焊缝完好无损,完全满足我们的设计要求!”某新型发动机金属间化合物导向叶片破坏试验后,试验人员十分感慨。这个双联焊缝正是中航工业制造所采用过渡液相(Transient Liquid Phase 简称TLP)扩散焊新技术焊接的结果,这项技术也正是中航工业制造所坚持老工艺创新的成果。这项老工艺正在制造所焕发新活力,成为航空制造技术的重要支点。

①焊丝:除了购置锌合金焊丝外,也可利用同质的边角料或废品件熔化成2~4mm细焊丝。

  航空钎焊扩散焊技术的领导者

  钎焊、扩散焊技术是一种古老工艺。我国有关钎焊的论述最早可见于汉代班固所撰《汉书》。中航工业制造所从上世纪60年代开始开展钎焊、扩散焊技术和专用焊接设备研究,涉及的材料包括铝合金、铜合金、碳钢、不锈钢、高温合金、钛合金、陶瓷、硬质合金、金刚石等,是国内最早开展钎焊、扩散焊技术研究的单位之一。研究的钎焊、扩散焊接技术和离心叶轮、发动机叶片、换热器、蜂窝结构、推力室、射流盘组件、舵机骨架组件、柱塞泵滑靴组件等产品广泛应用于航空航天及民用领域。

②设备:采用小号的氧乙快焊枪整套装置,型号为H01-2或H01-6,根据被焊件大小和厚度选择合理的焊枪型号和焊嘴型号。

  钎焊和扩散焊技术是应用最为广泛的先进焊接技术之一。为大力发展钎焊扩散焊技术,航材院专门设立了“钎焊扩散焊研究与工程技术中心”。这是一支优秀的科研团队,代表着国内钎焊扩散焊技术的一流水平,尤其是在先进铸造高温合金及叶片的钎焊与扩散焊、航空发动机失效涡轮叶片的钎焊修复与再利用、复杂铝合金构件的精密钎焊、高温结构陶瓷的高温钎焊以及异种材料的钎焊等航空新材料、新结构钎焊扩散焊技术领域形成了独特的优势。

  随着新型航空装备技术指标的提高,对耐高温、轻质材料和高性能新结构需求不断增加。蜂窝封严结构就是典型的提升航空发动机性能指标的结构,该结构对小格子蜂窝芯成型/拼焊技术和钎焊技术提出了苛刻要求,受到了欧美国家的长期禁运。制造所钎焊、扩散焊专业组技术人员勇挑重担,分析小格子蜂窝芯特点,研究成功小格子蜂窝芯自动成型和自动拼焊技术与设备,获国家级奖励;同时开展蜂窝封严结构钎焊工艺及其与热处理匹配研究,形成蜂窝封严结构部件制造技术,将蜂窝封严结构推广到所有航空发动机、航天发动机和燃气轮机中广泛应用,显著提高发动机性能,突破国外技术封锁。为满足高推重比发动机对气路封严效果和工作温度高的要求,随后又开发了耐高温蜂窝封严结构、刷式密封结构、指尖密封结构等新结构的制造技术,形成气路封严制造技术体系。

③将焊件上的密封圈橡胶件和塑料件等易烧坏的另部件拆卸下来。

  发动机高温合金叶片的钎焊技术是航空发动机的核心技术之一。“核心技术买不来”。航材院钎焊扩散焊研究与工程技术中心通过自主研制攻关,在先进铸造高温合金叶片的钎焊扩散焊技术方面取得突破进展,研发的发动机DZ125高温合金高压涡轮工作叶片焊接技术已经服务于航空工厂。为满足第二代单晶高温合金叶片的型号研制需求,在无任何经验可借鉴的情况下,该中心对DD6单晶高温合金的钎焊和过渡液相扩散焊工艺进行了深入系统的自主研究,获得了高性能的焊接接头,仅用两年就突破了焊接近缝区再结晶这一国外用了五年时间才解决的技术难题,避免了叶片材料的巨大浪费,为我国先进航空发动机单晶涡轮叶片的研制做出了贡献。目前,航材院在先进铸造高温合金叶片钎焊技术领域处于国内领先地位,钎焊技术基础研究工作也日益受到国内同行的认可,仅2012年度就有两项关于钎焊技术的国家自然科学基金项目获得资助。 

  TLP扩散焊技术是针对单晶、金属间化合物、氧化物弥散强化合金等新型高温材料的组织性能特点,结合钎焊、扩散焊优点发展成的新技术。通过设计研制与基体材料冶金匹配的专用焊料,优化焊接工艺获得组织性能与基体相同或相近的焊接接头,满足高温部件耐高温和承力要求。在导向叶片焊接研究中,也出现过焊缝间隙控制不精确、焊缝两侧台阶过大等影响焊缝强度和局部溶蚀的问题。经过大量工艺试验研究,自主设计开发了多种高性能镍基、钴基焊料,已经获得2项发明专利授权;使Ni3Al定向凝固合金TLP扩散焊接头高温持久强度达到基体的90%以上。采用这些新焊料和高强度焊接技术,研制了高推重比发动机高(低)压涡轮导向叶片双(三)联组件,用于装机试验,研制的MGH956合金“超级冷却”多孔层板浮动壁火焰筒经过燃烧室台架试验,其冷却效率达到0.85以上、壁面温度较气膜冷却结构降低70K以上,显示出优异的冷却效果和壁温均匀性,为新型发动机研制奠定了坚实的技术基础。

④清理:焊单个工件可使用刮刀、锉刀、砂布等清理焊补处表面的氧化层及污物;焊接量大也可用化学方法清理(如盐酸等)。

  缝阵天线是机械扫描天线中的先进结构形式,是雷达最关键的精密部件之一,堪比雷达的“眼睛”。雷达制导导弹用天线一般采用多层结构,其制造加工需要叠层组装精密钎焊技术。航材院钎焊扩散焊研究与工程技术中心通过15年的技术攻关,突破了钎料选择及添加、焊着率控制、焊接变形控制等多项关键技术,新蒲京棋牌官方下载,并形成小批量生产能力,自主研发出一整套多层铝合金平板缝阵天线的真空精密钎焊关键技术,该项目被鉴定为“技术水平属国内领先,达到了国际先进水平”,该技术目前已经广泛应用于航空、航天以及民用等多个领域。

  为解决焊接性差的粉末合金、陶瓷等构件承力部位焊接难题,研究团队将场促进条件下原子快速扩散现象引入扩散焊和粉末涂层烧结中,采用直流脉冲电源的温度控制模式直接加热陶瓷/金属、粉末合金/单晶等焊接性差的材料,开展放电等离子扩散焊技术研究,能在20分钟内实现这些难焊接材料的快速焊合,焊接接头高温抗拉强度与基体相近,可用于陶瓷及陶瓷基复合材料构件、整体叶环、涡轮整体盘等构件的焊接制造。采用直流脉冲电源的电流控制模式直接加压烧结耐磨陶瓷涂层,开展电接触烧结技术研究,能显著提高陶瓷涂层的结合强度和内聚强度,大幅度提高耐磨层的使用寿命。这些探索性研究,为未来高性能发动机研制提供技术支持。

⑤防塌防变形措施:在不妨碍施焊的条件下,用石棉粉(布)或耐火泥或黄土泥等先将孔、洞、沟、间隙等处堵塞;用湿棉(纱)布将施焊处两侧缠裹,以防烧坏其他非焊部分。

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