保温时间对304不锈钢板翅结构真空钎焊的影响Word文档格式.docx

1、织观察。研究了钎焊保温时间对强度和微观细织的影响。结果表明,保温时间对硼元素扩散影响很大,从而对强度和微明细织产生影响。保温时间太短,硼元素来不及扩散,遗留在钎缝中间生成胞生化合物,使得接头强度降低;保温时间太长,会导致母材过度溶解于钎缝,导致缺陷增加,同时太长时问的高温暴露,使得界面出现溶蚀现象。因此,对于304不锈钢板翅结构的钎焊,保温时间控制在25分钟左右较为合适。关键词:不锈钢板翅结构;真空钎焊;保温时间;强度;微观组织【Abstract】Thevacuum brazing experimentsof 304stainless steel plate finstructure W（18

2、carried out.A nd the tensile tests ofplate finstructureand scanning electronmicroscope（SEMtestswerecarried out.Theeffects of holding time012tensile strength and microstructure wereinvestigated.The results show thatthe holdingtimehas great effectOIZtensile strength and microstructure.if the k触曙time i

3、s too short,the中图分类号:THl6,TG454文献标识码:A板翅式换热器结构紧凑t、传热效率高、轻巧而牢固、适应性大、经济陛能好,被广泛应用在石油化工、动力机械、原子能和国 防工业等方面m。我国于20世纪60年代开始生产铝制板翅式换热器,目前其真空钎焊制造工艺已经相当成熟131,但其缺点是承受的温度和压力较低,在高温、高压和具有腐蚀性介质的环境下,需要采用耐高温抗腐蚀性强的材料来制造,如不锈钢、Haynes、Inconel、Hastelloy,Plansee alloy PM2000等问。此类材料在板翅式图l板翅结构换热器的制造中得到越来越多的使用,如燃汽轮机中使用的回热试验主

4、要目的是讨论保温时间的长短对304不锈钢板翅结器、中间热变换器、高温气冷堆发电和制氢系统【习。构强度和接头微观组织的影响,从而优化钎焊工艺。通常,材料强1实验方法度主要通过单轴拉伸试验获得。由于板翅结构较为复杂,翅片和隔1.1试验材料以及零部件准备板的厚度较薄,其结构没有单轴拉伸试验所需夹持部分。因此,在板翅式换热器的基本单元由翅片、隔板、封条和倒流片组板翅结构的两端分别钎焊厚度较大的钢板,作为拉伸试验所需的成。它是在隔板（金属平板上放一翅片,再在其上放一隔板。翅夹持部分。钢板材料也为304不锈钢。为获得良好焊接质量的试片和隔板之间预置钎料箔片,然后两边以边缘封条密封而组成样,须将翅片和隔板表

5、面的油污以及灰尘清洗干净。所采取的方法一个基本单元。将许多基本单元用专用夹具装夹牢固成后,采用为将隔板和翅片进行酸洗,用NaOH碱液煮沸,再用热水清洗,最真宅钎焊的方法制成板翅式换热器的芯体。板翅结构基本结构,后用丙酮清洗并吹干密封保存。将钎料按尺寸裁好后用丙酮清洗如图l所示l心0翅片、隔板材料均为304不锈钢,钎料为BNi一2密封保存。为保证钢板处钎焊接头的质量,须对钢板钎焊面进行打箔片翅片厚度为0.2mm,隔板厚度为0.4ram,钎料箔片厚度为磨、抛光（机械打磨至800#砂纸,打磨后将钢板用NaOH液碱煮105/xm。沸洗,再分别用热水、丙酮清洗后吹干密封待用。来稿日期:2010-0122

6、基金项目:国家自然科学基会资助项FI（10472043,江苏省自然科学基金（BK2004214,江苏省普通高校研究生科研创新计划（2007万方数据80蒋文春等:将清洗后的三层翅片以及隔板交错叠置在上下两块厚钢板之间,钎料箔片预置在翅片和隔板之间,并用夹具夹持牢固。夹具所起作用主要是用来夹紧钎焊件,防止装配件在搬运以及钎焊过程中的错位。夹具上下夹板和钢板的接触面须涂阻焊剂,防止钢板和夹板在高温下熔为一体。所需压力通过钢板以及上夹板的重力来获得。1.2真空钎焊试验试验所采用的真空钎焊炉型号为VHB-6612L,是一种单室、卧式、内循环气冷真空炉。该设备主要由真空系统、加热系统、风冷系统、自动控制系

7、统以及保护系统等组成,被广泛应用于高温真空钎焊领域。炉内真空度低于O.01Pa。为了使钎焊过程稳定进行,在制定工艺参数时,采用阶梯状分级加热的工艺参数,使钎焊构件受热均匀。钎焊加热工艺曲线,如图2所示。67l2345下莎f 力l i川.八.1时同t/min图2304不锈钢板翅结构钎焊工艺步骤由图可知,整个钎焊过程共分为七步,具体解释如下:1.2-1抽真空阶段真空度为o.0l Pa。其目的是有效去除金属表面氧化膜,提高表面润湿性;减少接头气孔、夹杂等缺陷;1.2.2加热阶段为减小热应力,缓慢加热到8500C,时间为50mln;1.2.3保温阶段在8500c下保温30rain,充分排除炉中结构在钎

8、焊过程中挥发的杂质和气体;1.2.4加热阶段继续缓慢加热到钎焊温度（卟1050。C,时间为30min;1.2.5保温阶段在钎焊温度1050。C下保温25分钟,使钎料元素充分扩散;1.2.6真空缓慢冷却从10500C到620。C,采用真空缓慢自冷,目的是使钎焊接头在高温下利用蠕变松弛效应而释放部分残余应力,防止裂纹的产生,提高板翅结构的强度;1.2.7充氮快冷从620。C起,向炉中充氮气,同时启动真空钎焊炉的风机,使结构快速冷却到40。C后出炉。2实验结果与讨论根据1.2设计的钎焊工艺,保持其它参数不变,采用保温10、17、25、33、40min分别进行钎焊,分别进行强度试验和微观组织分析,讨论

9、保温时间的影响。将钎焊后获得的304不锈钢板翅结构采用线切割的方法加工成,如图3所示拉伸试样,长、宽、厚分别为120,25,3mm。强度试验在Instron 5896材料试验机上进行,强度试验计算面积为25x3mm2。接头微观组织形貌采用FEI公司生产的环境扫描电镜Quanta 200进行观察。图3304-6锈钢板翅结构拉伸试样2.1保温时间对抗拉强度的影响如图4所示。保温时间对304不锈钢板翅结构抗拉强度的影响。可知在一定的钎焊工艺下,随着保温时间延长,板翅结构的强度增加,但是当达到一定的保温时间（25分钟后,其强度又降低。图4保温时间对抗拉强度的影响2.2保温时间对微观组织的影响如图5所示

10、,保温时间为25分钟所获得的钎焊接头微观组织。由图可知,钎缝中间区域（如图5a所示以及钎角区域（如图5b所示呈现不同形貌,但是总体上可以分为四部分:（1母材扩散区（DAZ:Diffusion-affected zone:硼原子向母材扩散后形成的不同于母材的组织;（2界面反应区（IRZ:Interface reaction zone:是母材与钎料之间发生相互物理和化学反应溶解冷却后形成的,它包含固溶体和金属间化合物;（3等温凝固区（Isz:Isotherma/y solidified zone:主要由Ni、cr、Fe、Si等互溶而成的固溶体组织;（4钎缝（钎角中心区（AsZ:Athermally

11、solidifiedzone:是没有扩散的B和合金元素生成的化合物。在中间区域,主要是B 和cr生成的长条状或者点状的化合物.图5保温25min钎焊接头微观组织:No.1lNOV.2010机械设计与制造8l在钎角区域,其生成的相比较复杂。EDS能谱分析表明,钎角区域一共存在四种相,分别为点状硅化镍c,块状硼化镍D,网状硼化镍和硅化镍的混合相E以及固溶体,微观组织形貌分别如图6（a、（b、（c和（d所示,其成分如表1所示。由表1可知,对于点状化合物C,主要元素为&和M,含量分别占21.96%和72.51%,为硅化镍相;对于块状化合物D,主要元素为曰和M,含量分别占19.28%和59.91%,为硼

12、化镍相;对于网状化合物E,主要元素为口、si以及M,分别占6.9%、12.68%、76.59%。为硼化镍、硅化镍混合相;对于固溶体,相,主要由M、cr、&、屁四种元素组成,无曰元素。图6钎角化合物表1钎角四种相的化学成分（in wP/.如图7所示,给出了保温时间lO分钟所得接头中间区域的微观组织形貌。由图可知,在钎缝中间区域,如图7（a所示,和图5a相比,由于保温时间较短,钎焊扩散时间较短,钎料中的硼元素没有来得及完全扩散,遗留的硼元素和钎料合金在钎缝中间区域生成了较多的脆性相,EDS表明这些化合物主要为硼化铬化合物。钎角区域的微观组织如图7（b所示,其主要成分为网状NiSiB混合相和点状硼化

13、镍为主。图7保温10rain的304不锈钢板翅结构钎焊接头微观组织如图8所示,给出了保温时间为40min时所得到的钎焊接头微观组织形貌。在钎缝中间区域,和图5（a相比,可见随着保温时间增加,钎缝中间区域脆性化合物增多,且出现了微裂纹。在界面区域,出现溶蚀现象,导致孔洞增加,如图8（b所示,导致强度降低。EDS能谱分析表明。钎缝中Fe元素的含量增加,说明随着保温时间的增加,母材过度地溶解于钎料,使得扩散至母材中的部分硼元素随着母材的。、图8保温40rain304不锈钢板翅结构钎焊接头微观组织溶解又返回钎缝,从而导致钎缝中的脆性相的含量增加。钎角区域的微观组织分别如图8（c和（d所示,可知,随着保

14、温时间的增加,钎角区域网状化合物减少,各相分布趋于均匀且组织变得细小。3结论（1304不锈钢板翅结构钎焊接头主要由四部分组成:母材扩散区、界面反应区、等温凝固区、钎缝（钎角中心区。钎角主要由四种相组成:硅化镍,硼化镍,硼化镍和硅化镍的混合相以及固溶体。（2随着保温时间增加,抗拉强度先增加,然后降低。保温25分钟的抗拉强度最高。（3保温时间的长短对钎料元素的扩散影响很大。保温时间太短,硼元素来不及扩散,遗留在钎缝中间生成脆性化合物,使得接头强度降低;保温时间太长,又会导致母材过度溶解于钎缝,导致缺陷增加,同时太长时间的高温暴露,使得界面出现溶蚀现象。参考文献1涂善东,周帼彦,于新海.化学机械系统

15、的微小化与节能J.化工进展, 2007,26（2:253-2612蒋文春.巩建鸣,涂善东.不锈钢板翅结构钎焊残余应力及其影响因素J.金属学报,2008,44（1:105-1113杨洪生.铝板翅式换热器炉中钎焊工艺研究J.焊接技术,1994（5:27-29 4LeeY.L.ShiueR.k,WuS.kIntermetallies,2003,Ii（3:1875McDonald.Colin F.Compt buffer gone plate-fin IHX-the key component for high-temperature nuclear process heat realization

16、with advanced MHR （GeneralAtomicsJ.AppliedThermalEngineering,1996,16（I:3-326何鹏,杨秀娟。冯吉才等.保温时间对置氢TCA真空钎焊界面结构及连接强度的影响J.焊接学报,2008,29（2:1-4万方数据作者:蒋文春, 巩建鸣, 涂善东, JIANG Wen-chun, GONG Jian-ming, TU Shan-dong作者单位:蒋文春,JIANG Wen-chun（中国石油大学（华东机电工程学院,东营,257061;南京工业大学,机械与动力工程学院,南京,210009, 巩建鸣,涂善东,GONG Jian-ming

17、,TU Shan-dong（南京工业大学,机械与动力工程学院,南京,210009刊名:英文刊名:MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE年,卷（期:2010（11参考文献（6条1.何鹏;杨秀娟;冯吉才保温时间对置氢TCA真空钎焊界面结构及连接强度的影响期刊论文-焊接学报 2008（022.McDonald;Colin F Compact buffer zone plate-fin IHX-the key component for high-temperature nuclear process heat realization with advanced MHR （Gen

18、eral Atomics外文期刊 1996（013.Lee Y.L;Shiue R.k;Wu S.K The microstructural evolution of infrared brazed Fe_3Al by BNi-2 braze alloy外文期刊 2003（034.杨洪生铝板翅式换热器炉中钎焊工艺研究 1994（055.蒋文春;巩建鸣;涂善东不锈钢板翅结构钎焊残余应力及其影响因素期刊论文-金属学报 2008（016.涂善东;周帼彦;于新海化学机械系统的微小化与节能期刊论文-化工进展 2007（02本文读者也读过（10条1.陈芙蓉.刘军.董俊慧.刘方军.陈刚不锈钢真空钎焊焊接接头

19、的组织和力学性能期刊论文-焊接2004（62.陈建民.朱长福.Chen Jianmin.Zhu Changfu真空钎焊不锈钢接头的钎缝组织和相组成特征期刊论文-石油大学学报1999（23.刘红.李文.张世航.Liu Hong.Li Wen.Zhang Shihang马氏体不锈钢真空钎焊与真空热处理一体化工艺期刊论文-沈阳工业学院学报1999,18（24.周继峰.李国亮.Zhou Jifeng.Li Guangliang Cu-Si-Mn合金钎料在真空下的钎焊性期刊论文-焊接技术2000,29（65.解瑞军.陈芙蓉.刘军.李军民.XIE Rui-jun.CHEN Fu-rong.LIU Jun.

20、LI Jun-min不锈钢电子束钎焊和真空钎焊接头显微组织研究期刊论文-内蒙古工业大学学报（自然科学版2008,27（16.陈建民.CHEN Jian-min BNi-2真空钎焊不锈钢钎缝的相变规律研究期刊论文-石油大学学报（自然科学版 2000,24（57.蒋文春.巩建鸣.涂善东.JIANG Wen-chun.GONG Jian-ming.TU Shan-dong钎焊温度对304不锈钢板翅结构强度和微观组织的影响期刊论文-核动力工程2010,31（38.谭明照.谭朝鑫真空钎焊热处理FV520（B不锈钢组织和性能的研究会议论文-20039.冯涛.李亚江.任江伟新型不锈钢热交换器真空钎焊接头的组织分析期刊论文-焊接技术2002,31（510.姜涛.李运菊.赵旭.JIANG Tao.LI Yun-ju.ZHAO Xu不锈钢导管开裂原因分析期刊论文-金属热处理2007,32（z1本文链接: