焊接間隙對不銹鋼釬焊縫性能的影響*

曹慧麗，趙仁祥

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

焊接間隙對不銹鋼釬焊縫性能的影響*

曹慧麗，趙仁祥

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

文中采用BNi-2釬料(BNi82CrSiB)對1Cr18Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊，釬焊后對樣件進(jìn)行了拉力試驗，并使用掃描電鏡對接頭組織進(jìn)行了分析，以研究焊接間隙對釬焊縫性能的影響。研究結(jié)果表明，接頭組織基本由固溶體、金屬間化合物及母材近焊縫區(qū)域附近的網(wǎng)狀組織組成。隨著釬縫間隙的增大，釬縫的組織會出現(xiàn)大量的金屬間化合物，釬焊接頭的綜合性能會隨之下降，釬縫的強度也隨著釬縫間隙的增大呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

真空釬焊；釬焊縫間隙；BNi-2釬料；釬焊縫組織

引 言

奧氏體不銹鋼由于其良好的耐蝕性、加工性能及焊接性能，廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)療器械、石油、化工、航天和航空等領(lǐng)域。鎳基釬料廣泛應(yīng)用于不銹鋼的釬焊，它具有良好的潤濕性，能與母材形成綜合性能良好的釬焊接頭。但是，用鎳基釬料釬焊不銹鋼時，一個重要特征是釬焊接頭性能對接頭間隙值極其敏感[1]。當(dāng)釬焊間隙較大時，很容易產(chǎn)生脆性相，使力學(xué)性能迅速下降。本文采用BNi-2釬料(BNi82CrSiB)對1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊，通過對不同間隙釬焊接頭的力學(xué)性能試驗及顯微組織分析，確定了釬焊接頭性能良好的釬縫間隙，以便指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 試驗方法

試驗?zāi)覆臑?Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼，釬料采用BNi-2焊膏，母材及釬料的化學(xué)成分及基本性能見表1和表2。

表1 母材的化學(xué)成分及基本性能

表2 釬料的化學(xué)成分及基本性能

本次試驗設(shè)計了6組不同間隙的試樣進(jìn)行試驗，每組試樣加工3件(A件、B件、C件)，設(shè)計的試樣和焊接面如圖1所示，試樣由蓋板和底板組成，δH為設(shè)計的焊接間隙。

圖1 釬焊試樣設(shè)計圖

焊接裝配前對試樣1(蓋板)和試樣2(底板)焊接部位的尺寸進(jìn)行測量，計算得到兩工件的裝配間隙，測量結(jié)果見表3。尺寸測量在micro-hite 600測高儀上進(jìn)行，測量精度為0.001 mm。

表3 試樣標(biāo)號及尺寸

釬焊試驗是在VQB-2030高真空釬焊爐中進(jìn)行的，采用如圖2所示的試驗流程及如圖3所示的焊接工藝曲線進(jìn)行釬焊。

圖2 試驗流程圖

圖3 真空釬焊工藝曲線

焊接后每組樣件取其中2件進(jìn)行機加工，試樣如圖4所示，對該樣件進(jìn)行力學(xué)性能測試，力學(xué)性能測試在GOTECH萬能拉伸試驗機上進(jìn)行。焊接后每組樣件取其中1件進(jìn)行顯微組織分析, 顯微組織分析使用掃描電鏡完成。

圖4 拉伸試樣加工圖

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能

表4為試樣的力學(xué)性能測試結(jié)果，圖5是根據(jù)表4結(jié)果擬合出的兩者之間的關(guān)系曲線。

表4 試樣拉伸試驗結(jié)果

從圖5可以看出，試樣的剪切強度隨著試樣裝配間隙的增大呈明顯的下降趨勢[2]。

圖5 試樣裝配間隙與剪切強度之間的關(guān)系曲線

2.2 金相組織分析

圖6是對試樣焊縫處某一微觀區(qū)域進(jìn)行的顯微組織分析圖樣，表5為微觀區(qū)域的化學(xué)元素含量值，這些化學(xué)元素含量值僅代表該微觀區(qū)域中各元素含量的相對比例值。

圖6 試樣的金相顯微圖

表5 試樣化學(xué)元素體積比的百分比 %

編號FeNiCrSiB其它A053．6631．2011．073．810．130．13C153．6532．687．415．410．560．29A350．6817．4318．365．487．800．25B550．159．179．350．7629．740．83C844．177．3411．240．7136．460．08A1033．213．767．870．5054．480．18

圖6中接頭組織基本由固溶體、金屬間化合物及母材近焊縫區(qū)域附近的網(wǎng)狀組織組成。在焊接過程中，硼元素擴散的速度慢，當(dāng)試樣的焊接間隙較小時，釬料中的硼元素含量少，擴散距離又短，因此在釬焊時間內(nèi)得以全部擴散，其含量降到了鎳的極限固溶度以下，釬縫中基本沒有脆性相生成，為均一的固溶體組織。當(dāng)試樣的焊接間隙增大時，釬料中的硼元素含量

增多，在沒有足夠的保溫時間情況下，硼來不及擴散到母材中，而大量殘留在了焊縫中，形成了硼元素聚集，硼的含量超過其在鎳中的極限固溶度，多余的與其它元素形成了化合物相，如鎳-硼、鉻-硼、鐵-鎳-硼等[3-4]。從表5的元素分析中也可以看出，當(dāng)試件的間隙為0.03 mm時，焊縫區(qū)域出現(xiàn)了硼元素含量陡升、鎳元素含量陡降的現(xiàn)象，隨著試件釬焊間隙的增大，這種情況更為明顯。

另外，母材中的網(wǎng)狀組織是由于硼沿母材晶界擴散，在晶界與其它元素形成化合物所致。鎳-硼、鉻-硼、鐵-鎳-硼等金屬間化合物為脆性相，會導(dǎo)致釬縫接頭的強度下降，釬焊縫綜合性能降低。

3 結(jié)束語

采用BNi-2釬料釬焊1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼時，釬縫組織基本由固溶體、金屬間化合物及母材近焊縫區(qū)域附近的網(wǎng)狀組織組成。隨著釬縫間隙的增大，金屬間化合物會大量增加。釬縫的剪切強度隨著焊接間隙的增大而呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。當(dāng)焊接間隙增大到50 μm時，其強度已經(jīng)降至100 MPa以下。

[1] 張啟運. 釬焊手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2] 張新平，史耀武，任耀文. 釬縫間隙對鎳基非晶態(tài)及晶態(tài)釬料接頭強度的影響[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報，1994，28(4):53-58.

[3] 劉軍, 董俊慧，陳芙蓉，等. 不銹鋼真空釬焊接頭組織和力學(xué)性能研究[J]. 熱加工工藝，2004(6):47-48.

[4] 石昆,于治水. 釬縫間隙對316L不銹鋼真空釬焊接頭組織和硬度的影響[J]. 機械工程材料，2010(2):15-17,38.

曹慧麗(1982-)，女, 工程師, 主要從事熱加工工藝研究工作。

Effect of Joint Gap on Brazing Seam Performance of Stainless Steel

CAO Hui-li，ZHAO Ren-xiang

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039,China)

1Cr18Ni9Ti stainless steel is vacuum brazed with BNi-2(BNi82CrSiB) filler metal in this paper and the effect of the joint gap on the integrated performance of the joint is researched after brazing by means of the tensile test and the microstructure analysis of the fractography. The result indicates that the structure is made up of the solid solution, intermetallic compounds and reticulum. With the increase of the joint gap, a lot of intermetallic compounds occur in the brazing seam structure. As a result, the integrated performance decreases with the increasing joint gap and the intensity of the weld beam has an obvious decrease trend.

vacuum brazing；joint gap；BNi-2 filler metal；brazing seam structure

2013-05-10

TG406

A

1008-5300(2013)05-0047-03