铍焊接技术研究进展

   2012-09-03 铁艺资讯大全王小姐4790

  
  2铍的熔化焊
  
  钎焊最常见的问题是钎料润湿性差,接头综合强度较低。因此对于接头强度要求较高的结构件,钎焊方法就会有一定的困难。而采用熔化焊方法则可以有效提高铍焊接接头的强度。铍的熔化焊有两大难点:一是热影响区(近缝区)受热的作用而导致该区域的性能变坏;二是焊接裂纹。
  
  铍的熔化焊接所采用的方法有电子束焊、激光焊、钨极气体保护焊等。熔化焊接的关键问题是焊接接头的保护。国外早在20世纪50年代就开始研究铍的碳弧焊、气体保护焊等焊接工艺。即使在充氩的密封小室中焊接,铍的氧化仍然很严重,BeO会影响焊缝表面成形,并增加焊缝产生裂纹的可能性。另外,在铍焊接中选用小电流,高焊速,可以使焊接区冷却速度加大,减小热影响区,避免晶粒长大[15]。Passmore等人在60年代开展了铍的钨极氩弧焊工艺试验,结果表明,焊接线能量的大小与预热温度的高低及焊缝中的铝含量是影响焊接裂纹敏感性的主要因素;减小熔化区宽度也会使裂纹敏感性减小[16-18]。
  
  真空电子束焊热输入低、焊缝热影响区窄、晶粒细、形变小、有真空保护,可以焊接同种或异种铍材料,是熔化焊接铍比较好的方法,该方法已经逐步取代了早期的气体保护焊。
  
  Perkins利用中压电子束焊机开展了铍的焊接研究,结果表明,焊接接头的拉伸强度高于母材,所有拉伸试件均断裂在母材上。为得到无裂纹的焊缝,焊缝中的铝含量应控制20%-27%之间[19]。
  
  凌泽民等人采用有限元方法,定量分析了电子束焊接工艺参数与铍环内表面温度的关系。结果表明,随着加热深度或电子束斑点半径增加,内表面温度增加,随着焊接速度增加,内表面温度降低。调整电子束加热斑点半径和焊接速度,可以控制内表面温度[20]。
  
  激光焊接由于它的能量集中、焊接热影响区小、工作稳定以及易控制的特点而受到人们的重视,与电子束焊接铍相比,其最大的优点是易于防护。有关铍的激光焊接的文章国内外公开报道的很少。
  
  林志等人对Be/Al合金的YAG激光焊接进行了研究,通过控制激光束的能量密度和焊接速度,在严格控制真空度和严格清洗焊接表面的条件下,可以消除其他焊接方法容易产生的焊接缺陷,得到良好的接头显微组织,铍/铝合金的焊缝组织为典型的共晶组织[21]。秦有钧介绍了铍的CO2激光焊,指出激光焊比电子束焊困难,采用电阻或感应热源焊前预热焊件,预热温度为350℃[22]。Lingenfelter用脉冲Nd:YAG激光进行铍/钽准直器的激光焊接研究,并成功实现了25μm厚的铍和钽箔组装焊接[23]。李盛和等人对铍的YAG激光焊接裂纹敏感性进行研究,分析了激光焊接焊前预热、短焦距及焊接工艺参数等因素对裂纹敏感性的影响。结果表明:选择合适的焊接参数可减少裂纹产生,但其作用有限不能从根本上消除裂纹。焊前预热及焊后缓冷对抑制裂纹作用显著,且随着预热温度提高裂纹率呈下降趋势。此外焊接中减少铍的熔化量对减少裂纹也发挥了重要作用[24]。
  
  JamesE等人介绍了0.25mm、0.30mm、0.35mm铍材脉冲激光焊接的工艺参数,而且得出激光焊接0.35mm铍材的优化焊接参数[25]。
  
  3铍的扩散焊接
  
  采用扩散焊焊接铍时,不会出现裂纹和再结晶过分长大等熔化焊常见到缺陷。20世纪70年代以来,国内外采用扩散焊实现了铍与铍、铍与钢、铍与钛、铍与铍铜合金、铍与铜的焊接[26,27]。
  
  据报道国外学者利用Ag、BeCu、Al、Ti、Cu、Ti/Ni、Al/Mo/Cu、Cr/Cu、无氧铜、作中间过渡层在温度为300-900℃,压力为20-140MPa,时间为2-4h之间的条件下,对铍和无氧铜进行了热等静压扩散焊和热压扩散焊。结果表明,用Ag作为中间层,在700℃下进行热等静压,可以得到性能优良的接头;在Be/DSCu(Al弥散强化的铜)直接连接和BeCu合金作中间层时,发现在Be侧出现Be2Cu相,在DSCu侧出现了Cu+BeCu相,这些脆性相降低了接头性能。同时研究表明扩散层的厚度与结合时间的平方根成正比,接头的剪切强度主要决定于Be侧的Be2Cu相的形成。以Ti作为中间层时,在过渡区内也产生了中间相。
  
  激光焊接由于它的能量集中、焊接热影响区小、工作稳定以及易控制的特点而受到人们的重视,与电子束焊接铍相比,其最大的优点是易于防护。有关铍的激光焊接的文章国内外公开报道的很少。
  
  林志等人对Be/Al合金的YAG激光焊接进行了研究,通过控制激光束的能量密度和焊接速度,在严格控制真空度和严格清洗焊接表面的条件下,可以消除其他焊接方法容易产生的焊接缺陷,得到良好的接头显微组织,铍/铝合金的焊缝组织为典型的共晶组织[21]。秦有钧介绍了铍的CO2激光焊,指出激光焊比电子束焊困难,采用电阻或感应热源焊前预热焊件,预热温度为350℃[22]。Lingenfelter用脉冲Nd:YAG激光进行铍/钽准直器的激光焊接研究,并成功实现了25μm厚的铍和钽箔组装焊接[23]。李盛和等人对铍的YAG激光焊接裂纹敏感性进行研究,分析了激光焊接焊前预热、短焦距及焊接工艺参数等因素对裂纹敏感性的影响。结果表明:选择合适的焊接参数可减少裂纹产生,但其作用有限不能从根本上消除裂纹。焊前预热及焊后缓冷对抑制裂纹作用显著,且随着预热温度提高裂纹率呈下降趋势。此外焊接中减少铍的熔化量对减少裂纹也发挥了重要作用[24]。
 
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