钎焊典型结构的技巧与方法

1.TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢导管的真空钎焊^[15]

TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢均为薄壁、小直径的导管结构，TC4钛合金外径为15mm，内径为12mm；1Cr18Ni9Ti不锈钢外径为18mm，内径为12mm，与TC4钛合金插接的部位内径为15mm，插接深度为5mm，装配间隙为0.06～0.08mm。

钎料采用Cu-Ti-Sn-Ag钎料，钎焊温度为920℃，钎焊时间为10min，真空度在钎焊过程中保持在（3～5）×10^-3Pa。钎焊接头的抗剪强度达到了162～180MPa，断裂发生在钎缝上。通过氦质谱检漏仪对钎焊接头的密封性能检测发现，钎焊接头漏率优于1×10^-7Pa·m³/s。

2.TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢导管的真空高频感应钎焊^[16]

TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢均为薄壁、小直径的导管结构，采用插接方式。钛合金导管的外径为8mm，壁厚为1mm；不锈钢导管外径为：10mm，内径为6mm，插接部位内径为8mm，插接深度为4mm，装配间隙为0.04～0.1mm。

钎料采用Ag-Cu-Ti钎料，采用高频感应钎焊工艺钎焊，设备频率为28kHz，功率为25kW；焊接电流为190A，加热时间为25～27s，钎焊过程中真空度为（5～7）×10^-3Pa。所有钎焊接头的单点漏率（氦质谱检漏仪检测）优于5×10^-9Pa/（m³·s）；钎焊接头全部从不锈钢母材上断裂，说明获得了质量优良的钎焊接头。图20-19所示为TC4与1Cr18Ni9Ti真空高频感应钎焊接头照片及微观组织。

图20-18 Ti-Fe二元合金相图^[6] Fig.20-18 Ti-Fe binary alloy phase diagram(www.xing528.com)

3.TA2钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢导管的真空高频感应钎焊

TA2钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢导管的真空高频感应钎焊中的试件形状尺寸、装配间隙和前面TC4与1Cr18Ni9Ti导管真空高频感应钎焊的形状完全相同，插接深度为3mm。钎料采用Ag-Cu-Ti和Cu-Ti-Sn-Ag两种钎料，采用高频感应钎焊工艺钎焊，设备频率为28kHz，功率为25kW；焊接电流为190A，加热时间为25～27s，钎焊过程中真空度为（5～7）×10^-3Pa。所有钎焊接头的单点漏率（氦质谱检漏仪检测）优于1×10^-9Pa/（m³·s）；钎焊接头全部从不锈钢母材上断裂，说明获得了质量优良的钎焊接头。

4.T42NG、TA17钛合金与0Cr18Ni4Ti、06Cr18Ni11Ti不锈钢的真空钎焊^[17-21]

某核动力装置中的钛合金与不锈钢过渡接头中采用的钛合金材料为T42NG，成分为Ti-4.0%～5.0%Al-1.8%～2.5%V；不锈钢材料为06Cr18Ni11Ti；采用的钎料为Ag-4.0%Cu-0.7%Ni-0.5%Li片状高银钎料，钎焊温度为960℃，钎焊时间为10min，真空度在钎焊过程中保持在1×10^-2Pa。钎焊接头的抗剪强度达到了122MPa，抗拉强度达到了220MPa。同时对TA17钛合金与06Cr18Ni11Ti不锈钢也进行了钎焊试验研究，采用相同的钎料和钎焊工艺，最后得到了抗拉强度为220MPa、抗剪强度为126MPa的钎焊接头^[17-18]。

另外参考文献[19]讨论了Ag-15%Al-Mn-Si、Ag-5%Al-Mn-Si、Ag-10%Al-Mn-Si、Ag-8%Al-6%Sn和Ag-8%Al-6%Sn-1%Ni等5种钎料真空钎焊0Cr18Ni4Ti（非标产品）和06Cr18Ni11Ti不锈钢与T42NG钛合金接头金属间化合物和结合性能的影响，钎焊温度为850℃，钎焊时间为10min。研究表明，钎料中的Mn、Si元素易与不锈钢反应，所形成的反应层易于从基体上崩落。Ti元素很容易和其他元素反应，钛向钎料的扩散程度决定了钎缝中反应物的数量。如果钎料能很好地阻止Ti的扩散，则焊缝中的反应物量将很少。Ag-15%Al-Mn-Si、Ag-5%Al-Mn-Si、Ag-10%Al-Mn-Si三种钎料对钛合金基材中的Ti元素在钎料中的漂移扩散有很好的阻止作用。对于大多数钎料，不锈钢都将与其发生明显反应。但在钎料中加入少量Ni能明显减少不锈钢与钎料的反应，而将反应重点转移到钛合金基材一侧，达到提高不锈钢与钎料连接性能的目的。参考文献[20-21]采用Ag-8%Al-6%Sn和Ag-8%Al-6%Sn-1%Ni钎料真空钎焊06Cr18Ni11Ti不锈钢与TA17钛合金，钎焊间隙约为0.20mm，钎焊温度分别为880℃（Ag-8%Al-6%Sn-1%Ni钎料）和900℃（Ag-8%Al-6%Sn钎料），钎焊时间为6min，最后接头抗拉强度达到了287MPa，抗剪强度达到了164MPa。

图20-19 TC4与1Cr18Ni9Ti真空高频感应钎焊接头照片及微观组织 Fig.20-19 Photograph and microstructure of high-frequency induction vacuum brazed joint of TC4 and 1Cr18Ni9Ti