自調(diào)式J-T制冷器波紋管高溫焊接的研究

韓蓬磊,張 燕,徐長彬

(中電科光電科技有限公司,北京 100015)

1 引 言

J-T制冷器是利用焦耳-湯普遜效應(yīng)原理,通過高壓氣體節(jié)流后溫度降低,來實(shí)現(xiàn)對被冷卻單元的快速制冷。但不同于常規(guī)制冷方式,一般情況下其制冷溫區(qū)在100 K以下。J-T制冷器主要應(yīng)用于紅外探測領(lǐng)域,是制冷型紅外探測器的重要組成部分,其主要作用是冷卻紅外探測器芯片,為其提供低溫工作環(huán)境,降低紅外探測器噪聲,提高紅外探測器的靈敏度,進(jìn)而提高紅外成像效果。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、啟動(dòng)快,廣泛應(yīng)用于軍工武器系統(tǒng),尤其適用于機(jī)載和彈載系統(tǒng)[1]。

J-T制冷器按照是否能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷工質(zhì)流量,可分為自調(diào)式和直噴式。自調(diào)式J-T制冷器,就是能夠?qū)崿F(xiàn)制冷工質(zhì)流量及制冷功率的自動(dòng)調(diào)節(jié),能夠隨著被冷單元溫度的波動(dòng)而做出響應(yīng),是一種具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的J-T制冷器。最早出現(xiàn)的自調(diào)式J-T制冷器是1966 年,美國休斯飛機(jī)公司的 Hansen S成功使用波紋管實(shí)現(xiàn)了J-T制冷器制冷工質(zhì)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)[2]。此后,波紋管自調(diào)式J-T制冷器作為自調(diào)式J-T制冷器的重要技術(shù)方向之一[3],受到了眾多關(guān)注,其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-閥針 2-節(jié)流孔 3-傳動(dòng)桿 4-波紋管 5-充氣腔 圖1 典型波紋管自調(diào)式J-T制冷器自調(diào)機(jī)構(gòu)示意圖[4]Fig.1 Typical self-regulating J-T cooler with bellows

其自調(diào)原理是,充氣腔內(nèi)充有一定壓力的氣體,波紋管處于壓縮狀態(tài),在制冷器通氣工作后,充氣腔內(nèi)的氣體會隨著制冷工質(zhì)溫度降低而持續(xù)降溫,直至到達(dá)其飽和溫度以下,充氣腔內(nèi)氣體會部分液化,壓力下降至飽和蒸氣壓,波紋管會隨即伸長,拉動(dòng)傳動(dòng)桿帶動(dòng)閥針進(jìn)入節(jié)流孔,實(shí)現(xiàn)對制冷工質(zhì)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

從其工作原理和自調(diào)機(jī)構(gòu)組成可以看出,波紋管是波紋管自調(diào)式J-T制冷器自調(diào)機(jī)構(gòu)的核心調(diào)節(jié)元件,波紋管在自調(diào)機(jī)構(gòu)裝配時(shí)通常采用焊接的方式,焊接后的波紋管性能直接決定了自調(diào)機(jī)構(gòu)的性能和可靠性。

波紋管是一種帶橫向波紋的圓柱形薄壁彈性殼體[5],主流的波紋管自調(diào)式J-T制冷器中使用的是電沉積方法制造的金屬波紋管,其主要成分是Ni-Co合金(≥99.8 %),壁厚為25～70 μm,在鎳鈷合金沉積層由于鈷的加入,明顯地提高了材料的高溫性能,經(jīng)高溫處理后機(jī)械性能變化較小[6]。因?yàn)檫@種電沉積波紋管可高溫焊接、尺寸小、耐低溫、泄漏率低、使用壽命長[7],特別適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊、低溫工作、使用壽命長的J-T制冷器的制備。

2 高溫焊接對波紋管的影響

在J-T制冷器的制備工藝中,充氣腔內(nèi)要充入數(shù)個(gè)大氣壓的氣體,另外自調(diào)式制冷器的壽命要求大都在10年以上,因此波紋管與基座間的焊縫也會長期承受較大的氣體壓力,出于承壓及長壽命的考慮,波紋管與基座的焊接多采用高溫硬釬焊的方式。為了更好地了解高溫焊接對波紋管性能的影響,如圖2所示,以波紋管自調(diào)式J-T制冷器常用的WN型(一端為外配合另一端為內(nèi)配合[8])電沉積金屬波紋管(圖2)為例,用AgCu28焊料和QJ102型銀釬焊溶劑,開展了相關(guān)焊接研究。

圖2 WN型電沉積金屬波紋管示意圖[9]Fig.2 WN-type electrodeposition metal bellows

2.1 波紋管原始性能的測試

選取4個(gè)試樣波紋管,經(jīng)無水乙醇超聲波清洗后,使用JEOL的 JSM-7001F型掃描電鏡配備的X射線能譜分析儀,分析各波紋管的成分,由于能譜分析探測極限為0.1 %,因此無法測出波紋管中可能存在的小于0.1 %的元素,結(jié)果見表1。

表1 4個(gè)試樣波紋管的能譜分析結(jié)果(%)Tab.1 Energy spectrum analysis results of 4 sample bellows(%)

使用掃描電鏡分別觀察4個(gè)試樣波紋管的表面形貌,圖3為1#試樣波紋管在放大2000倍以及20000倍時(shí)的掃描電鏡照片,通過照片觀察波紋管表面整體較平整,沒有明顯的孔洞、裂紋等缺陷,其余3個(gè)試樣波紋管觀察結(jié)果與1#波紋管類似。

圖3 1#波紋管表面放大2000×以及20000×的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 2000× and 20000× surface magnified images of 1# bellows by scanning electron microscope

使用TLS-W500I型彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī),分別測試4個(gè)試樣波紋管的剛度。每個(gè)波紋管均測試其壓縮量為0.5 mm、0.7 mm和 1mm時(shí)的剛度值,實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)點(diǎn)測試剛度的平均值,結(jié)果見表2。

表2 4個(gè)試樣波紋管的剛度測試結(jié)果 (單位:g/mm)Tab.2 Stiffness of 4 sample bellows(unit:g/mm)

使用THV-5型顯微硬度儀,分別測試4個(gè)試樣波紋管的顯微硬度。由于試樣較薄,截面尺寸較小,因此測試結(jié)果可能存在一定誤差,為了減小測試結(jié)果誤差,每個(gè)試樣分別測試了3個(gè)不同的區(qū)域,結(jié)果取這3個(gè)區(qū)域硬度的平均值,結(jié)果見表3。

表3 4個(gè)試樣波紋管的顯微硬度測試結(jié)果Tab.3.Microhardness of 4 sample bellows

從測試結(jié)果看,4個(gè)試樣波紋管的成分、表面形貌、剛度和硬度都非常接近,在開展焊接試驗(yàn)時(shí),可以認(rèn)為這4個(gè)試樣波紋管具有相同的原始性能和焊接特性。

2.2 波紋管焊接和振動(dòng)試驗(yàn)

使用powercube45/900高頻焊接機(jī),該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對焊接部位的局部加熱。按照如圖4所示的方式將波紋管外配合的W端插入鎳銅合金材質(zhì)的基座中,將預(yù)先涂覆銀釬焊溶劑的AgCu28焊料置于圖4中焊縫位置,為了防止被焊接件氧化,使用惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣,開展焊接試驗(yàn)。

1#和2#波紋管采用A焊接方法即待焊料熔化后馬上停止加熱,因?yàn)锳gCu28焊料的熔點(diǎn)為779 ℃,使用該方法焊接的波紋管,焊接處溫度預(yù)計(jì)會達(dá)到810 ℃左右；3#和4#波紋管則采用B焊接方法即在焊料熔化后繼續(xù)加熱2～3 s,使用此方法焊接的波紋管,焊接處溫度預(yù)計(jì)會達(dá)到900 ℃以上。此外,1#和3#波紋管采用酒精淬火冷卻的方式,2#和4#波紋管采用保護(hù)氣下自然冷卻的方式。

1-波紋管 2-基座 3-焊縫 圖4 焊接位置示意圖Fig.4 Welding position indication

為了考察高溫焊接后波紋管的可靠性和焊縫強(qiáng)度,將4個(gè)波紋管焊接件,按圖1所示,進(jìn)一步裝配成波紋管自調(diào)式J-T制冷器半成品,并向充氣腔內(nèi)充入一定壓力的氣體,使波紋管處于壓縮狀態(tài),使波紋管的狀態(tài)與成品波紋管自調(diào)式J-T制冷器保持一致。然后,用圖5所示的振動(dòng)臺和振動(dòng)頻譜,對4個(gè)試樣制冷器半成品進(jìn)行1 h的振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)束后將這4個(gè)制冷器半成品剖開,在20倍顯微鏡下觀察波紋管及焊縫的情況。經(jīng)觀察,4#波紋管振動(dòng)后在靠近焊縫位置斷裂,其余3個(gè)波紋管及焊縫完好。

根據(jù)振動(dòng)后的差異,因波紋管焊縫區(qū)及熱影響區(qū)均會受到較大的熱影響作用,組織可能發(fā)生了變化,進(jìn)而影響了波紋管本身的強(qiáng)度和可靠性。因此,對4個(gè)試驗(yàn)波紋管的焊接件進(jìn)行了掃描電鏡和EBSD觀察,研究不同焊接溫度和冷卻方式對焊接件各區(qū)域組織形貌的影響。

圖5 振動(dòng)臺和振動(dòng)頻譜Fig.5 Vibration equipment and vibration frequency spectrum

2.3 不同焊接溫度對波紋管的影響

2.3.1 截面組織觀察

將1#波紋管焊接件采用慢速鋸沿波紋管軸線方向鋸開,采用牙托粉進(jìn)行鑲樣,經(jīng)機(jī)械磨拋,制得縱截面組織觀察樣品,在掃描電鏡下觀察。圖6所示為1#波紋管焊接件焊縫區(qū)域不同放大倍數(shù)的掃描電鏡照片,圖6(a)中間白色區(qū)域?yàn)锳g-Cu焊料填充部分,白色區(qū)域上部分為Ni-Cu基座,下部分為Ni-Co波紋管。從圖6中(a)、(b)可以看出,整個(gè)焊縫較均勻,焊料熔化后形成了Ag-Cu共晶組織,與兩側(cè)基體結(jié)合完整,結(jié)合界面未見裂紋、孔洞等缺陷。

圖6 1#波紋管焊接件焊縫位置掃描電鏡照片F(xiàn)ig.6 Scanning electron microscope images of welding seam position on 1# welded bellows

圖6(c)為圖6(b)中方形區(qū)域所示焊料共晶組織的放大照片,對該照片中十字區(qū)域的富銅相進(jìn)行成分分析,結(jié)果含有少量的Ni元素,能譜譜圖如圖6(d)所示,由此說明,兩側(cè)基體中部分Ni元素在焊接過程中擴(kuò)散至焊料區(qū)域,且從圖6(b)中可以看到焊料與兩側(cè)基體接合處均存在明顯的過渡層,表明焊料與基體發(fā)生了部分反應(yīng),焊接效果良好。

采用王水將試樣腐蝕后,在掃描電鏡下觀察波紋管焊縫區(qū)以及熱影響區(qū)的晶粒組織形貌。圖7中(a)、(b)、(c)、(d)分別為焊縫區(qū)、近焊縫區(qū)、距焊縫第1個(gè)波紋處、距焊縫第3個(gè)波紋處的波紋管組織形貌照片。從圖7(a)可以看出,焊縫區(qū)波紋管組織由尺寸約3～10 μm的等軸晶粒組成,近焊縫區(qū)以及距焊縫第1個(gè)波紋處仍為等軸晶組織,但隨著與焊縫間的距離增大,晶粒尺寸呈減小的趨勢。觀察發(fā)現(xiàn),在第2、3波紋處,開始出現(xiàn)類似于柱狀晶組織,再往后的波紋等軸晶組織基本消失,均呈現(xiàn)為類似柱狀晶的組織,可以證明采用A方法焊接的1#波紋管的熱影響區(qū)延伸到第3個(gè)波紋處。

圖7 1#波紋管焊接件組織形貌照片F(xiàn)ig.7 Microstructure image of 1# welded bellows

由于波紋管原始晶粒組織太細(xì),無法腐蝕出清晰的晶粒組織,為了更加清楚地觀察波紋管焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的晶粒組織相比原始組織發(fā)生的變化,對1#波紋管試樣再進(jìn)行OPS拋光,去除表面劃痕及應(yīng)力,制得EBSD(電子背散射衍射)試樣,用丙酮溶液浸泡72 h后,再超聲清洗,獲得完全導(dǎo)電的樣品,采用掃描電鏡的EDX-EBSD一體化系統(tǒng)對波紋管焊接件各區(qū)域進(jìn)行了EBSD掃描分析。通過掃描收集試樣表面的取向信息,重構(gòu)成組織形貌圖,從而研究試樣各區(qū)域的組織特點(diǎn)。結(jié)果如圖8所示,分別為波紋管遠(yuǎn)離焊縫的基體、焊縫區(qū)、距焊縫第一個(gè)波紋處、距焊縫第二個(gè)波紋處的OIM(Orientation Imaging Microscopy)取向成像圖以及IQ(Image Quality)圖像質(zhì)量重構(gòu)圖。從圖8(a)中發(fā)現(xiàn),波紋管基體區(qū)域組織形貌類似于沿著厚度方向生長的柱狀晶,但從圖8(b)該焊接件波紋管基體組織的重構(gòu)圖可以看出,波紋管原始組織主要由100～500 nm的等軸細(xì)晶粒組成,組織分布較均勻(試樣中可能存在小于100 nm的晶粒,但超出了EBSD分析極限,因此結(jié)果未測出小于100 nm的晶粒),存在少量沿厚度方向略拉長的晶粒,但由于晶粒存在擇優(yōu)取向,如圖8(a)所示,沿著厚度方向晶粒取向趨于一致,因此形成了類似柱狀晶的組織。對比圖8中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)可知,波紋管熱影響區(qū)的晶粒大小隨著與焊縫間距離增大而減小。且對比各區(qū)域的OIM圖可知,高溫焊接使得波紋管焊縫附近的熱影響區(qū)域內(nèi)的晶粒長大,并且隨著晶粒合并長大,波紋管中的取向擇優(yōu)程度減弱,取向分布更加隨機(jī)。

圖8 1#波紋管焊接件EBSD分析Fig.8 EBSD analysis of 1# welded bellows

同樣為淬火冷卻方式處理,但采用焊接溫度更高的B方法焊接的3#波紋管焊接件,在掃描電鏡下觀察其組織形貌,如圖9所示。圖9(a)為焊縫區(qū)域的波紋管組織照片,從圖中可以看出,該試樣焊縫區(qū)晶粒粗大,部分區(qū)域沿波紋管徑向(即厚度方向)只存在2～3個(gè)晶粒,該區(qū)域晶粒尺寸為5～20 μm不等,存在較多尺寸大于10 μm的晶粒。圖9(b)為距焊縫第1個(gè)波紋管處的組織照片,該區(qū)域晶粒大小約為3～8 μm。觀察發(fā)現(xiàn),該試樣在距焊縫第7個(gè)波紋處開始出現(xiàn)類似柱狀晶的組織,如圖9(c)所示。對比圖7可知,3#波紋管試樣焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的晶粒尺寸均大于1#波紋管試樣相應(yīng)區(qū)域的晶粒尺寸,且其熱影響區(qū)的范圍也相對更大,已延伸至第7個(gè)波紋處。

圖9 3#波紋管焊接件組織形貌照片F(xiàn)ig.9 Microscope images of 3# welded bellows

由以上結(jié)果可知,波紋管焊接件焊縫區(qū)組織均勻,沒有明顯的孔洞、裂紋等缺陷,焊縫與基體結(jié)合界面完整,存在擴(kuò)散層,說明焊縫穩(wěn)固、焊接質(zhì)量較好。由于焊接溫度較高,波紋管受熱,晶粒明顯長大,且距焊縫越近、晶粒尺寸越大。1#波紋管的熱影響區(qū)延伸至距焊縫第3個(gè)波紋處,3#波紋管熱影響區(qū)可延伸至距焊縫第7個(gè)波紋處,說明焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的晶粒尺寸和熱影響區(qū)的區(qū)域大小,隨著焊接過程中加熱時(shí)間越長、熱輸入越大,晶粒尺寸就越大、熱影響區(qū)范圍也越大。因此,焊接溫度將直接影響波紋管焊接后各區(qū)域的組織形貌。

2.3.2 不同組織形貌對波紋管性能的影響

為了進(jìn)一步驗(yàn)證不同的組織形貌特征對波紋管宏觀性能尤其是強(qiáng)度的影響,對振動(dòng)后斷裂的4#波紋管焊接件進(jìn)行了斷口分析。

觀察4#波紋管的截面發(fā)現(xiàn),在熱影響區(qū)內(nèi)存在多處裂紋,如圖10(a)中橢圓區(qū)域所示。從另一張存在裂紋的圖10(b)中可以看到,該區(qū)域存在貫穿波紋管厚度方向的裂紋,同時(shí)可以看到該裂紋區(qū)域存在一個(gè)貫穿整個(gè)厚度方向的大晶粒,且裂紋沿著晶界方向延伸。由此可知,當(dāng)波紋管經(jīng)高溫焊接,晶粒合并增長成較大晶粒后,波紋管易沿大晶粒的晶界產(chǎn)生裂紋,嚴(yán)重時(shí)會造成波紋管斷裂。

4#波紋管焊接件斷于距焊縫第一個(gè)波紋處,對斷口處組織特點(diǎn)進(jìn)行分析。圖11為4#波紋管焊接件斷口不同倍數(shù)的形貌照片,斷口存在較多沿波紋徑向的裂紋,如圖11(a)中方框區(qū)域所示。圖11(b)所示為圖11(a)中方框區(qū)域斷口的放大照片,圖11(c)為圖11(b)中方框區(qū)域的放大照片,從圖中可以看出,該斷口沒有發(fā)生明顯的塑形變形,斷口呈冰糖狀,為脆性斷裂,斷裂方式為沿晶斷裂,這與其截面中觀察到的裂紋開裂方式一致。

圖10 4#波紋管焊接件晶界裂紋形貌照片F(xiàn)ig.10 Microscope images of grain boundary crack on 4# welded bellows

圖11 4#波紋管焊接件斷口形貌照片F(xiàn)ig.11 Fracture microscope images of 4# welded bellows

從4#斷裂波紋管焊接件的截面組織形貌以及斷口組織形貌可知,該試樣斷裂時(shí)未發(fā)生明顯塑形變形,而是沿晶界(特別是粗大晶粒的晶界)斷裂。這是由于電沉積波紋管原始晶粒較細(xì),僅為幾百納米,焊接過程受熱極易長大,在晶粒長大過程中,波紋管中可能存在的雜質(zhì)S、C、B等元素易擴(kuò)散到晶界處,使得晶界富集雜質(zhì)元素,成為弱界面,在受到強(qiáng)外力(如振動(dòng))時(shí)首先裂開,裂紋隨即沿著晶界在波紋管厚度方向上擴(kuò)展開,最終發(fā)生了斷裂。從圖9(b)中可以發(fā)現(xiàn),3#波紋管焊接件也存在數(shù)個(gè)沿晶界的裂紋,只是裂紋尚未貫穿,故未發(fā)生斷裂。因此,焊接時(shí)間越長、熱輸入越大,波紋管晶粒長大程度越高,雜質(zhì)元素的富集程度就越高,而當(dāng)沿截面方向只存在少數(shù)幾個(gè)晶粒、甚至一個(gè)晶粒時(shí),一旦產(chǎn)生微裂紋,裂紋只需通過幾個(gè)晶界,波紋管便裂開失效。

2.4 不同冷卻方式對波紋管的影響

2.4.1 表面分析

波紋管焊接時(shí)使用氬氣作為保護(hù)氣,焊接過程中熱輸入較大,焊接后溫度較高,4個(gè)試樣波紋管采用了淬火和自然冷卻兩種冷卻方式,對自然冷卻的2#波紋管焊接件試樣進(jìn)行了組織形貌觀察,與淬火的1#波紋管焊接件試樣進(jìn)行對比。

首先肉眼觀察淬火以及自然冷卻兩個(gè)試樣發(fā)現(xiàn),波紋管表面均保持金屬光澤,沒有明顯差別；然后在掃描電鏡下觀察了兩個(gè)試樣熱影響區(qū)的表面形貌,未發(fā)現(xiàn)明顯差別,表面均較光滑；最后為了判斷樣品表面氧化程度是否有差異,對其表面進(jìn)行了能譜成分分析,測得兩個(gè)試樣表面氧含量均較低,沒有明顯的成分差別,結(jié)果如表4所示。

表4 1#和2#波紋管焊接件表面能譜分析結(jié)果Tab.4 Surface energy spectrum results of 1# and 2# welded bellows

2.4.2 截面組織分析

圖12為2#波紋管焊接件焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的組織形貌照片,對比圖7可知,兩個(gè)試樣焊縫區(qū)的波紋管組織均由3～10 μm的等軸晶粒組成,經(jīng)測量,1#淬火試樣焊縫區(qū)波紋管平均晶粒尺寸約為5.2 μm。2#自然冷卻試樣焊縫區(qū)波紋管平均晶粒尺寸約為4.9 μm,熱影響區(qū)均為更細(xì)的等軸晶粒組織,且兩個(gè)試樣均在第2、3個(gè)波紋處開始出現(xiàn)類似柱狀晶組織,表明熱影響區(qū)均至第3個(gè)波紋處。

圖12 2#波紋管焊接件形貌照片F(xiàn)ig.12 Microscope images of 2# welded bellows

由以上結(jié)果可知,淬火波紋管與自然冷卻波紋管表面氧化程度、表面形貌,并無明顯差別。兩個(gè)試樣焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的微觀組織形貌也無明顯差別。這是由于焊接件雖然焊后溫度較高,但波紋管焊接件尺寸相對較小,焊接結(jié)束后熱量迅速通過流動(dòng)的保護(hù)氣帶走,后續(xù)冷卻方式對其影響較小,因此焊接后的淬火或自然冷卻的方式,對焊接后波紋管的性能無差異性影響。

2.5 高溫焊接對波紋管硬度的影響

對1#波紋管焊接件遠(yuǎn)離焊縫的基體、距焊縫第一個(gè)波紋處和焊縫區(qū)的波紋管顯微硬度進(jìn)行了測試,每個(gè)區(qū)域分別測試了3個(gè)點(diǎn),測試結(jié)果取3個(gè)點(diǎn)硬度的平均值,如表5所示?；w硬度值最高為332,焊縫區(qū)硬度值最低為154,而熱影響區(qū)的第一個(gè)波紋處硬度值為171,略高于焊縫區(qū)域。結(jié)合各個(gè)焊接件的組織分析,波紋管基體由等軸的幾百納米的晶粒組成,由于細(xì)晶強(qiáng)化作用,具有較高的硬度值,波紋管經(jīng)高溫焊接后,焊縫區(qū)及熱影響區(qū)內(nèi)的晶粒都發(fā)生了一定程度的長大,因此焊縫區(qū)及熱影響區(qū)的硬度急劇下降,焊接過程對波紋管受熱影響的區(qū)域具有不同程度的軟化效應(yīng)。

表5 1#波紋管焊接件各區(qū)域顯微硬度測試結(jié)果Tab.5 Microhardness of each area in 1# welded bellows

2.6 高溫焊接對波紋管剛度的影響

對1#、2#和3#波紋管焊接件采用2.1節(jié)中方法進(jìn)行了剛度測試,如表6所示，對比表2中波紋管原始剛度值測試結(jié)果,3個(gè)焊接件試樣的剛度值與焊接前幾無差異,這是由于波紋管的剛度是由其側(cè)壁厚度以及波紋結(jié)構(gòu)共同決定的,焊接過程雖會改變波紋管的微觀組織形貌,但并不會改變波紋管的宏觀結(jié)構(gòu)特征,因此高溫焊接不會改變波紋管的剛度。

表6 3個(gè)波紋管焊接件的剛度測試結(jié)果 (單位:g/mm)Tab.6 Stiffness of 3 welded bellows(unit:g/mm)

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)證明,采用AgCu28焊料的高頻焊接方式進(jìn)行的波紋管釬焊,焊料與兩側(cè)基體接合處均存在明顯的過渡層,焊縫穩(wěn)固,焊接效果良好。高溫焊接對波紋管具有軟化作用,會導(dǎo)致波紋管硬度降低,但不會改變波紋管剛度。波紋管原始組織主要由細(xì)小的等軸細(xì)晶組成,由于焊接溫度較高,波紋管受熱,熱影響區(qū)的晶粒明顯長大,且距焊縫越近晶粒越粗大。焊接過程加熱時(shí)間越長、熱輸入越大,焊接完成后波紋管熱影響區(qū)范圍也越大,晶粒長大程度越高,在受到強(qiáng)外力(如振動(dòng))時(shí),波紋管越容易沿晶界產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。由于波紋管焊接件尺寸較小,對焊接件采取淬火與自然冷卻兩種冷卻方式,對波紋管的性能不會造成差異性影響。