1、滑閥分組件制造工藝

　　1.1、產(chǎn)品組成

　　滑閥分組件如所示是由滑閥體1(材料為25Cr3MoA)、管2(材料為1Cr18Ni9Ti)焊接而成。

　　焊接B924保證間隙0.04～0.08B1A2

　　1.2、釬焊工藝選擇

　　真空釬焊是一種在真空中不施加釬劑焊接零件的工藝方法，可用于難以焊接的材料和結(jié)構(gòu)，能得到光潔致密且具有優(yōu)良力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭，接頭熱應(yīng)力小，變形量可控制在極小的范圍內(nèi)，因此滑閥分組件的滑閥體與管的焊接采用真空釬焊的工藝方法。

　　1.3、選擇釬料

　　因管在工作中受較大載荷，在考慮經(jīng)濟(jì)性的情況下釬料的選擇應(yīng)滿足以下要求：

　　(1)釬料應(yīng)滿足釬焊后接頭強(qiáng)度，釬料釬焊溫度應(yīng)低于管材的固溶溫度(1030℃)以避免材料晶粒長大及保持母材的冷作硬化;該釬料還應(yīng)滿足焊后滑閥體在淬火――回火調(diào)質(zhì)處理過程中(在910℃保溫30～40min)釬焊縫不被重熔。所以選擇的釬焊溫度應(yīng)在9101000℃之間，在此范圍內(nèi)釬料在毛細(xì)作用下比較容易填充釬焊間隙，與母材產(chǎn)生良好的合金化作用，從而形成足夠強(qiáng)度的接頭。

　　(2)釬料應(yīng)適合真空釬焊的工藝條件，如不易揮發(fā)和對焊件不產(chǎn)生溶蝕，對兩種被焊材料均具有一定潤濕性，在釬焊溫度下有足夠的流動(dòng)性等。

　　(3)為防止污染真空系統(tǒng)，釬料組元不允許含Zn、Cd、Li等易揮發(fā)元素或蒸汽壓高的純金屬。

　　(4)釬料應(yīng)滿足該零件幾乎全遮蔽結(jié)構(gòu)接頭焊接，釬焊縫能滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

　　1.4、BVAg-1釬料的研制

　　釬焊母材由25Cr3MoA低碳合金鋼與1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼組成的焊件，工藝要求釬焊溫度在9101000℃之間的釬料，選擇4種牌號(hào)如1所示。

　　釬焊溫度在960～1000℃的釬料序號(hào)1234釬料金鈀鎳釬料金鎳釬料銀鈀銅釬料銀錳釬料牌號(hào)BAu50PdNiBAu82NiBAg54PdNiBAg85Mn熔化溫度/℃960950900～950960～970釬焊溫度/℃960～980950～970960～980970～1000價(jià)格/(元/克)147120401.8焊接性最佳較好一般

　　由可看出前三種釬料釬焊性好，但不經(jīng)濟(jì)，BAg85Mn釬料尚可，但國內(nèi)廠家均無現(xiàn)貨。故委托鄭州機(jī)械研究所釬焊材料廠研制BVAg-1釬料。

　　銀的熔點(diǎn)960.5℃，實(shí)際當(dāng)含Ag99.99時(shí)，其熔點(diǎn)961.5℃，用純銀作釬料，室溫強(qiáng)度高，還具有良好的抗腐蝕性。但存在高溫下(125℃)強(qiáng)度低，對黑色金屬潤濕性差，蒸汽壓較高，在高溫、高真空狀態(tài)下易揮發(fā)，嚴(yán)重時(shí)污染爐體使真空爐絕緣受到破壞，導(dǎo)致熱電偶失靈，還給清理工作帶來不便。

　　為了彌補(bǔ)純銀釬料的不足，決定采用銀基釬料。如何保持銀基釬料較高的熔點(diǎn)和提高釬縫接頭的高溫強(qiáng)度及潤濕程度，添加什么元素可滿足該工藝要求，將成為研制新釬料的方向。

　　研制釬焊黑色金屬和不銹鋼通常的做法是用Ag-Cu合金作基礎(chǔ)合金，再添加有利元素。從Ag-Cu相圖分析，共晶點(diǎn)為779℃，當(dāng)含Ag92.8%時(shí)，由相圖分析得知，金相組織是由固溶體 α相共晶體組成。在釬料熔煉配制中，銅在銀中有較大的溶解度，而銅與鎳相互是無限互溶;從冶金角度分析，凡與氧親和力強(qiáng)的金屬元素，則潤濕性就越差，如：Ni、Cu、Ag金屬與氧的親和力是遞增的，那么其潤濕性逐漸變差;又如：Cr、Ti、Zn、Al、Mg、Be等金屬按其順序越來越易氧化。為了改善Ag-Cu釬料對鋼和不銹鋼的潤濕性和高溫強(qiáng)度，常常添加Mn或Ni金屬元素，Mn溶于Ag形成固溶體而Ni則與Cu能夠互相溶解。實(shí)踐證明當(dāng)Mn達(dá)到15%時(shí)釬料對不銹鋼縫隙有腐蝕傾向，這是由于母材與釬料電極電位差異大，引起電化學(xué)腐蝕(接頭在潮濕條件下工作)，使釬料與不銹鋼腐蝕開裂，因此添加Ni較為適宜。現(xiàn)將鎳、銀、銅元素的物理特性列入。

　　Ni、Cu、Ag物理特性元素熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃蒸發(fā)溫度/℃(1×10-1Pa真空狀態(tài)下)Ni145528001257Cu108323101083Ag961.52195848

　　注：Ag為Ag99.99從Ag-Cu-Ni三元相圖分析，鎳金屬元素的加入，可以提高Ag-Cu-Ni三元合金的熔點(diǎn)，可以粗略地計(jì)算，當(dāng)Ni每增加0.01%，熔點(diǎn)將提高2℃，與此同時(shí)，釬料的潤濕性也隨之增強(qiáng)，能夠在晶界形成合金并可提高接頭的強(qiáng)度;若能將Ni提高到0.05%，還可防止產(chǎn)生裂紋腐蝕，這是因?yàn)楹负笫覝貙⒂蠳i20%析出在晶界上，在釬縫邊緣處形成一層富鎳層，鎳具有較好的抗氧化性和抗腐蝕性。在冶煉配制BVAg-1過程中由于Ni很難溶解到Ag里形成固溶體，按照金屬元素溶解規(guī)律，首先把Ni與Cu溶解(互溶)，再把溶解后的Ni-Cu合金溶解到Ag里形成固溶體 α相共晶體的組織。經(jīng)試驗(yàn)和調(diào)配，BVAg-1金屬元素成分如所示。

　　BVAg-1金屬元素含量比元素含量Ag97.6%Cu2.0%Ni0.4%

　　1.4.1BVAg-1釬料熔點(diǎn)檢測試驗(yàn)

　　采用DTA熱分析系統(tǒng)測溫(熔點(diǎn))試驗(yàn)。在西安交通大學(xué)材料工程系試驗(yàn)室用DTA熱分析系統(tǒng)來測熔點(diǎn)，如a)、b)所示。為了準(zhǔn)確的檢測，將料樣分成兩組，按照間隔取樣的方法進(jìn)行，兩組測溫如c)、d)分別是954.99℃和953.88℃;第二次測溫在北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所進(jìn)行，測得熔點(diǎn)分別是950℃和951℃如和所示。

　　兩次測溫與Ag-Cu-Ni三元相圖分析的950～960℃基本相同。

　　a)熔點(diǎn)954.99℃

　　b)熔點(diǎn)953.88℃溫度/℃溫差/℃溫度/℃溫差/℃

　　c)熔點(diǎn)950℃

　　d)熔點(diǎn)951℃2采用DTA熱分析系統(tǒng)測BVAg-1釬料熔點(diǎn)曲線

　　1.4.2BVAg-1釬料潤濕與鋪展試驗(yàn)

　　取BVAg-1釬料料樣5mg放在板厚2mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼板上(清理鋼板表面)，放入英國產(chǎn)的S16真空釬焊爐內(nèi)(加熱溫度970 10℃)保溫3min，隨爐冷卻取出試樣，釬料基本鋪展。潤濕角在0°<θ<60°，表明釬料液體能夠潤濕1Cr18Ni9Ti不銹鋼板材，但鋪展性一般。

　　1.5、滑閥體分組件工藝參數(shù)的匹配

　　除正確選擇真空度、釬焊溫度、保溫時(shí)間等起著決定因素的工藝參數(shù)外，釬焊間隙、氬氣純度、零件的清潔度、升溫速度、冷卻速率等因素也會(huì)嚴(yán)重影響釬焊質(zhì)量。

　　1.5.1釬焊間隙

　　釬焊間隙，影響因素是多種多樣的，生產(chǎn)中常采用工藝試驗(yàn)來確定，而不是通過公式計(jì)算出結(jié)果，因此銀基釬料的釬焊間隙應(yīng)主要考慮幾個(gè)方面：

　　(1)采用銀基釬料通常釬焊間隙在0.020.15mm之間選擇，當(dāng)裝配間隙小于0.04mm，抗剪強(qiáng)度較大。

　　(2)釬料對母材的物理化學(xué)性能(如液態(tài)流動(dòng)性、表面張力、與母材的冶金反應(yīng)等)以及釬焊過程中的相互作用特性有著密切的關(guān)系，通常釬料對母材潤濕性好，釬焊間隙可選擇小一些，對于異種材料釬焊，釬焊間隙的選擇應(yīng)以被釬焊特性差的材料為依據(jù)。

　　(3)被釬焊面的表面光潔度的影響：表面光潔則毛細(xì)填縫作用變差，液體釬料難以在整個(gè)接頭面流布，易產(chǎn)生空穴使接頭強(qiáng)度下降，因此對釬焊面應(yīng)適量粗化。

　　(4)釬道較長的釬焊接頭，釬焊間隙應(yīng)適當(dāng)增加，應(yīng)有一個(gè)較佳的匹配值。通過試驗(yàn)確定滑閥體與管真空釬焊間隙為0.06～0.1mm之間，理想的范圍應(yīng)在0.04～0.08mm之間，這是因?yàn)榱慵�鍍銅后，管子孔徑尺寸不均勻，尺寸產(chǎn)生偏差，需進(jìn)行鉸孔，使該間隙更加合理。

　　1.5.2氬氣的純度

　　高純度氬氣在真空釬焊過程中是作為減少液體釬料蒸發(fā)壓和強(qiáng)迫冷卻的介質(zhì)。在高溫時(shí)，微量的氧和水分就會(huì)使釬焊面受到氧化而變色，使液體釬料表面張力增大，引起潤濕性能下降，毛細(xì)作用減弱，從而使釬料的填縫性能受到影響。一般情況下：冷卻真空在5×10-4Pa，爐溫在1000℃以上，氬氣中含氧量應(yīng)小于4ppm，水分不大于10ppm.目前使用的是99.99的高純度氬氣，能夠滿足工藝要求。

　　1.5.3清潔度

　　一定要認(rèn)真做好釬焊前除油、脫水、清理工序，進(jìn)爐前不允許重新污染。裝配零件、放置釬料環(huán)操作過程，一定要帶潔凈棉織手套。

　　1.5.4爐溫控制

　　加熱溫度與被釬焊零件的結(jié)構(gòu)、使用的釬料及放置等有著密切關(guān)系。一般它包含升溫速率、釬焊溫度等，每階段的設(shè)置均對整個(gè)工藝過程產(chǎn)生極其重要的作用。

　　工藝試驗(yàn)使用的真空爐是由北京華海中宜公司提供的VAFV-50型井式爐，其主要技術(shù)指標(biāo)：有效加熱區(qū)直徑350mm×300mm，工作真空度≤6×10-3Pa，加熱功率≤40kW，最高使用溫度1350℃，爐溫均勻性≤±5℃(測溫點(diǎn)：500℃、550℃、700℃、910℃、1100℃)，控溫精度±1℃。電控系統(tǒng)是以微處理機(jī)、可編程序控制器等組成的溫度程序控制和機(jī)械控制系統(tǒng)。試驗(yàn)可根據(jù)需要自行設(shè)定各焊接參數(shù)和程序，手動(dòng)與自動(dòng)操作均可，并且可記錄、顯示設(shè)定工藝曲線，方便了試驗(yàn)和生產(chǎn)。

　　(1)加熱功率

　　所焊材料(母材)是由1Cr18Ni9Ti不銹鋼與合金鋼25Cr3MoA組成，而1Cr18Ni9Ti這種奧氏體不銹鋼在900℃以上是碳化物析出危險(xiǎn)區(qū)，因此在升溫加熱過程中在該區(qū)內(nèi)應(yīng)迅速加熱;但從可看到兩零件的裝配關(guān)系，釬焊接頭幾乎被全部遮蔽，不能直接輻射加熱，應(yīng)適當(dāng)延長保溫時(shí)間，以縮小零件的表面升溫差。這兩者升溫方式造成了工藝矛盾，故釬焊加熱到接近釬料固相線附近的溫度時(shí)，暫停加熱，穩(wěn)定溫度保持一段時(shí)間，其目的是減小零件之間的溫度梯度，使焊件各部分的溫度均勻一致，較好解決了不銹鋼導(dǎo)熱差、釬焊接頭被全部遮蔽的矛盾。穩(wěn)定溫度設(shè)定在(850±10)℃，保溫25～30min后充高純度氬氣，使?fàn)t內(nèi)壓力升至10Pa以上。

　　防止母材碳化物析出和釬料主元素在高真空、高溫狀態(tài)下蒸發(fā)，如所示。

　　(2)釬焊溫度及時(shí)間

　　釬焊溫度及釬焊時(shí)間是整個(gè)工藝過程關(guān)鍵工藝參數(shù)，在此期間釬料熔化并在毛細(xì)作用下填充接頭間隙，還與母材產(chǎn)生冶金作用，確定釬焊溫度的依據(jù)是：適當(dāng)提高所選定BVAg-1釬料熔點(diǎn)(954℃)的溫度。用以減小液體釬料的表面張力，改善潤濕性和填縫能力，使之與母材充分作用，有利于提高接頭的強(qiáng)度。一般對于奧氏體不銹鋼的做法是選擇高出釬料液體相線30～50℃效果較好，由于所選釬料是銀基釬料(高銀含銅、鎳)，經(jīng)試驗(yàn)確定應(yīng)高出20～30℃之間，即(970±10)℃，保溫5～7min，過高的釬焊溫度，會(huì)使釬料低熔點(diǎn)的組元蒸發(fā)，還會(huì)超出奧氏體冷作硬化溫度，使母材晶粒長大，破環(huán)母材強(qiáng)度。

　　(3)冷卻溫度

　　冷卻溫度對釬焊接頭質(zhì)量影響也較大，過慢冷卻會(huì)引起母材晶粒長大，強(qiáng)化相析出，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)殘留奧氏體，一般情況下，加速冷卻有利于細(xì)化釬縫組織，減小枝晶偏析，提高接頭強(qiáng)度。但因?yàn)閮煞N母材熱膨脹系數(shù)有差異，過快冷卻會(huì)造成接頭過大的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)易產(chǎn)生裂紋，同時(shí)過快凝固使釬縫間隙氣體來不及逸出而形成氣孔。經(jīng)過幾次工藝試驗(yàn)冷卻速度確定為：釬焊保溫終了隨爐冷卻至900℃通氬氣(或氮?dú)?冷卻，降至300℃允許風(fēng)扇啟動(dòng)，爐溫50℃允許出爐(如所示)。

　　2、檢測方法

　　真空釬焊的檢查主要從以下方面：

　　(1)目視檢查：真空釬焊后檢查B端，見1，應(yīng)有一圈均勻透過的釬料環(huán)，不允許有氣孔和夾雜。

　　(2)采用X射線檢查：按進(jìn)行判定。

　　(合格)允許堆積(合格)有痕跡(不合格)有痕跡X射線檢查對照圖

　　(3)低倍試驗(yàn)檢查：選一件用線切割軸向切割真空釬焊后的滑閥組件，打光試樣后用6或9倍放大鏡觀察釬縫、內(nèi)腔，檢查釬縫內(nèi)部質(zhì)量和釬料熔化情況，如和所示。由和可以觀察到釬料均勻向釬縫鋪展性較好，過量的釬料沒有造成溶蝕缺陷。

　　(4)金相組織檢查：如、所示，由滑閥組件的250倍和400倍金相組織可以清晰的觀察到Ag-Cu-Ni釬料在1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼一側(cè)母材的界面上保持母材原有的平直表面輪廓，進(jìn)一步表明釬料不會(huì)溶蝕母材;從微觀組織還可以得知釬料Ni、Cu、Ag元素向奧氏體富碳的晶界擴(kuò)散，而富集的碳又向釬料層晶屆上擴(kuò)散，經(jīng)過相互擴(kuò)散，形成相互富集的Ni、Cu、Ag的氧化膜，從而潤濕了釬道，導(dǎo)致形成富集的“釬窩”達(dá)到了牢固連接。

　　在25Cr3MoA閥體內(nèi)孔一側(cè)由于Ni、Cu、Ag元素尤其是Ni元素與25Cr3MoA低碳合金鋼有著較強(qiáng)的潤濕作用，因此可形成較寬的擴(kuò)散層，這種結(jié)合更加牢固。

　　(5)強(qiáng)度試驗(yàn)：對零件施加500N的拉力檢查釬焊縫的抗剪強(qiáng)度滿足要求。

　　(6)熒光探傷檢查：強(qiáng)度試驗(yàn)后熒光探傷檢查B端(1所示)釬焊縫是否存在裂紋。

　　3、結(jié)論

　　通過多次工藝試驗(yàn)和試生產(chǎn)，該產(chǎn)品真空釬焊參數(shù)匹配。①冷卻真空度不小于2.5×10-3Pa;②加熱：升至850±10℃保溫40～50min后通高純度氬氣(至10Pa以上)20min升至970±10℃，保溫5～7min;③冷卻：隨爐冷卻900℃通純氬氣(或高氮?dú)?降至300℃允許啟動(dòng)風(fēng)扇強(qiáng)冷;④出爐：爐溫降至50℃允許出爐。

　　BVAg-1釬料規(guī)格是直徑0.8mm焊絲，繞成內(nèi)徑為直徑4.8mm的緊密圈，并以4～4.5圈圍一組截成段。裝配釬焊間隙控制在0.04～0.08mm范圍內(nèi)，管伸出滑閥體B端尺寸4±0.1mm，有利于液體釬料滲透。真空釬焊入爐前應(yīng)確保零件有較高的清潔度。

　　4、存在問題

　　缺少適宜的止流劑，使個(gè)別裝配釬焊間隙偏大的零件產(chǎn)生漫流現(xiàn)象，造成釬料用量不在最佳狀態(tài)，待今后改進(jìn)。