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真空钎焊的应用——裂纹修复技术
标签: 真空钎焊
2022-12-03  阅读

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  【康沃真空网】说起对钎焊的认知,大家的脑海里都会浮现出用电烙铁和锡丝将电子元件线路连接的情景,这是钎焊连接中最常见的一种焊接方式。通过钎料的熔点不同,钎焊分为硬钎焊和软钎焊:即钎料熔点温度低于450℃的钎焊我们称之为软钎焊,锡钎焊便属于软钎焊;钎料熔点温度大于450℃的钎焊则称之为硬钎焊,火焰钎焊、感应钎焊、真空钎焊都属于硬钎焊。

  而在航空发动机的加工与制造领域,真空钎焊技术因其无可比拟的优点而被广泛的应用,比如发动机蜂窝环的钎焊、涡轮导向叶片导流管的钎焊、叶片钎焊修复等众多案例。

真空钎焊的应用——裂纹修复技术

  有人会问“真空钎焊”无可比拟的优点到底有哪些呢?

  各位看官先不着急,容我先来说一下真空钎焊的原理:真空钎焊一般都使用真空钎焊炉作为加热设备,将装配好钎料的待焊零件放置在真空钎焊炉内,炉内真空度小于2x10-2pa,炉内匀速升温直至达到钎焊温度点后进行保温,到达钎焊温度点时,钎料开始熔化而母材不熔化,液态金属润湿待焊部位,通过毛细流动使熔化的金属填充满整个焊缝,从而形成牢固的钎焊接头。

  在了解完钎焊原理后,我们可以发现其最大的优点包括几乎不产生应力变形、异种材料焊接性能优越、抗氧化等,故广泛应用于结构复杂、带有内部通道和薄壁特征零部件的焊接。

真空钎焊的应用——裂纹修复技术

真空钎焊的应用——裂纹修复技术

  在了解了真空钎焊优势后,我们发现真空钎焊技术的存在为航空零部件的加工制造领域解决了很多难题。其中一个典型的应用便是叶片的裂纹修复。裂纹是发动机热端部件长期工作后失效的主要损伤形式之一。

  通常我们修复裂纹的方式有两种,一种是熔焊修复,另一种方法便是真空钎焊修复。由于熔焊在修复过程中采用局部加热,会使焊缝及热影响区发生较大的变形,对于薄壁零件还可能会产生新的裂纹。而真空钎焊修复采用整体加热,零件变形小,所以在热端部件的修复,主要采用方式是真空钎焊修复。

  真空钎焊修复流程主要包括清理、裂纹填充、真空钎焊及焊后处理四道工序。

  零件清理方式包括了酸洗剥离保护性铝硅涂层,氟化物离子清理去除残余裂纹处氧化物以及高温净化处理去除表面残留积碳,使零件表面保持洁净状态。

  而用于裂纹填充钎料一般采用与叶片基体材料相近的低熔点合金粉末,加入铬、钨、钽及钴等强化元素和用于降低熔点的硼元素。通过丙酮将钎料稀释并装配到注射器中,将注射器针头对准裂纹部位,缓缓将钎料覆盖在裂纹表面。

  然后将装配好的零件放置在真空炉内,通过依次开启机械旋片泵罗茨泵将炉内真空度抽至低于2x10-2Pa以内,炉体开始匀速升温,炉内温度到达真空钎焊保温温度点时,钎料金属达到液相温度后熔化成液态金属,在裂纹部位毛细作用下填满整个裂纹空间。这种工艺扩散均匀,可使钎料金属扩散到高温合金粉末和周围的基体金属中,同时使残余的硼从焊接区扩散出去。完成真空钎焊后通过钳工修整使之恢复到接近图纸尺寸。

真空钎焊的应用——裂纹修复技术

  针对于真空钎焊裂纹修复技术,国内已经完成了多种材料的叶片的修复技术开发。

  北京航材院开发了K447A材料叶片的钎焊修复工艺,修复开发过程中采用Co45NiCrWB钎料、钎焊温度为1180℃、保温30min的钎焊工艺,成功获取了致密完整的钎焊接头,且接头部位高温持久性能达到母材的60%以上。

  沈阳金属研究所开发了DZ40合金叶片的钎焊修复工艺,修复开发过程中采用Ni-Cr-Co基钎料、钎焊温度为1170℃、保温15min的钎焊工艺,成功获取了致密完整的钎焊接头且在980℃加载83MPa条件下接头的持久寿命可达18h。

  北京的625所开发了K403合金叶片的钎焊修复技术,采用3P1钎料、钎焊温度为1230℃、保温10min,进行K403合金叶片钎焊,可以获得无缺陷的与基体组织相似的钎焊接头,其1000℃下高温拉伸强度可以达到基体强度的90%,高温持久强度可以达到基体强度的70%以上。

真空钎焊的应用——裂纹修复技术

  我相信大家经过上述内容的了解后,对真空钎焊及裂纹修复技术有了进一步的认知。真空钎焊裂纹修复技术的应用不仅可以降低运行成本,还可以提高航空发动机的使用可靠性,在航空发动机的加工与制造领域发挥着重要的作用。