Ta1钽与S30408不锈钢的炉中钎焊研究

摘要

钽材具有优异的耐蚀性能，是化工领域制造蒸酸器及酸/酸换热器不可替代的材料，但钽材价格昂贵。钽-不锈钢复合结构既能发挥钽金属的性能优势又可降低生产成本。由于钽与不锈钢的热物理性能差异较大，且易形成脆性金属间化合物Fe2Ta，弱化接头性能，两者的焊接难度较大。本文设计、制备出Ni-Cr-Fe-Si-B和Ni-Cu-Ge-Si-B两类系列合金钎料，用之对Ta1与S3O408板材实施炉中钎焊，研究了接头组织与性能，分析了钎料成分对接头组织与性能的影响。通过调整钎料厚度控制两侧母材间的扩散反应，抑制脆性金属间化合物，并用优选钎料钎接试制Ta1/S30408管板结构。研究结果表明：
　　两类合金钎料均可实现Ta1与S3O408的有效钎接，Ni-Cr-Fe-Si-B钎料形成的Ta1/S30408钎接接头强度较高。在焊接温度1040℃、保温时间1h、真空度1×10-2Pa条件下，应用厚度0.3mm的Ni81.5Cr8Fe2Si5B3.5钎料炉中钎焊Ta1与S30408，接头剪切强度τ=154MPa；在焊接温度950℃、保温时间1h、真空度1x10-2Pa条件下，Ni52.5Cu35Ge6Si3B3.5钎料炉中钎焊Ta1与S30408接头剪切强度τ=121MPa。后者未达到Ta1/S30408爆炸复合板的140MPa剪切强度指标。
　　应用Ni81.5Cr8Fe2Si5B3.5钎料钎焊试制Ta1/S30408管板结构，在焊接温度1030℃，保温时间2h、真空度1×10-2Pa条件下，管板钎接接头剪切强度高达τ=169MPa，达到了爆炸复合板的强度指标。但管板接头弯曲性能较差，弯曲角20°时就出现了Ta1的脱层现象。在-0.1MPa的负压承载试验中，Ta1复层未出现明显鼓包和脱层现象，Ta1/S30408钎接管板结构稳定性满足Ta1/S30408复合管板的工程使用需求。

目录

声明

1 前言

1.1 钽/不锈钢焊接的必要性

1.2 钽/不锈钢的焊接性

1.3 钽/不锈钢的焊接方法

1.4 钽/不锈钢钎焊研究与应用现状

1.5 问题的提出

1.6 研究目标与内容

2 研究条件与方法

2.1 研究方案

2.2 试验材料

2.3 钎料设计与制备

2.4 钎料熔点测定

2.5 Ta1/S30408炉中钎焊

2.6 接头组织分析

2.7 接头性能测试

2.8 钎着率检测

2.9 钎接管板负压承载性能

2.10 本章小结

3 炉中钎焊Ta1/Ni-Cr-Fe-Si-B/S30408接头组织与性能

3.1 Ni-Cr-Fe-Si-B钎料的组织与熔点

3.2 Ta1/Ni-Cr-Fe-Si-B/S30408钎接接头组织与性能

3.3本章小结

4 炉中钎焊Ta1/Ni-Cu-Ge-Si-B/S30408接头组织与性能

4.1 Ni-Cu-Ge-Si-B钎料的组织与熔点

4.2 Ta1/Ni-Cu-Ge-Si-B/S30408钎接接头组织与性能

4.3 钎料厚度对Ta1/S30408钎接接头组织与性能的影响

4.4 本章小结

5 Ni81.5Cr8Fe2Si5B3.5钎料在Ta1/S30408管板钎焊中的应用

5.1 Ta1/S30408钎接管板结构

5.2 Ta1/S30408管板钎接工艺

5.3 Ta1/S30408管板钎着率

5.4 Ta1/S30408管板钎接接头组织

5.5 Ta1/Ni81.5Cr8Fe2Si5B3.5/S30408管板钎接接头性能

5.6 本章小结

6 结论

致谢

参考文献