釬焊工藝及材料改變的影響

 
 
 
 
釬焊工藝對冷卻器結構振動疲勞壽命的影響主要是指釬焊溫度和保溫時間對釬焊圓角部位組織、母材溶解程度以及晶粒度的影響。經過實驗研究，有如下結論。
當釬焊溫度升高，保溫時間延長時，釬焊圓角中化合物相有所減少，從片狀分布過渡到網狀分布，并且鎳鉻硅化合物相增加，硅化鎳相減少，但釬焊圓角根部仍然存在化合物相，在受到較大應力的情況下，仍然有在此萌生疲勞裂紋的可能。另外，隨釬焊溫度升高和保溫時間的延長，母材的溶解厚度增加，晶粒度增大，疲勞壽命下降。實驗結果說明通過改變釬焊工藝來提高冷卻器振動疲勞壽命是不可行的。針對這種情況，以及從降低成本、提高釬焊爐使用壽命方面考慮，公司決定用低熔點釬料代替BNi-5釬料進行生產。含磷釬料由于添加了磷元素，使其熔點大大降低，是鎳基釬料中熔點的釬料，釬焊不銹鋼時不會發生晶粒長大的現象，潤濕性和流動性好，不會造成母材溶蝕等。在實驗排除了BNi-6和BNi-7釬料應用可行性的基礎上，公司引進了一種新的鎳基含磷釬料，牌號為XHBNi-5。

釬縫中各種組織的形成與界面元素的擴散密切相關，P元素除了在化合物中含量較大以外，在鎳基固溶體中及母材中含量都很小，因為P幾乎不溶于鎳基固溶體，向母材的擴散作用又很弱，所以釬縫中的磷元素幾乎全部用來形成化合物及共晶組織，這就是XHBNi-5釬焊不銹鋼接頭中含有大量的化合物相的原因。Si元素向母材中的擴散距離也很短，在1080℃下保溫15min的釬焊規范下，Si在母材中的擴散深度只有10μm左右，但由于釬料含Si量少，只有4%，所以Si在釬縫中幾乎全部存在于鎳基固溶體中，對釬縫脆性影響不大。由圖中成分曲線可以看出，Fe在釬縫中有一定程度的溶解，在釬縫中央位置，含量仍然可以達到10%左右，Fe的適量溶解可以使釬縫金屬合金化，提高釬縫的力學性能，但Fe的過渡溶解將使釬縫中生成磷鐵和鐵鎳化合物，增大釬縫的脆性。降低釬料的熔點減少了Fe的溶解量，相應減少了磷鐵和鐵鎳化合物的生成量。

考慮到這種新釬料使用的可行性，我們對其進行了一系列的試驗研究，包括潤濕性和流動性、母材溶解厚度和強度變化，以及相應的可靠性試驗等（所有實驗件的釬焊規范均是1080℃下保溫15min）。潤濕性試驗表明，XHBNi-5釬料對不銹鋼具有良好的潤濕性，潤濕角小于10º。流動性試驗表明，XHBNi-5釬料的流動性優越，在不銹鋼上的流動距離達到23mm，接近BNi-7釬料的流動能力。而且，相對于BNi-5，XHBNi-5釬料的熔點下降了100℃左右，這一定程度上降低了母材的溶解厚度，提高了釬焊接頭的疲勞壽命。較低的釬焊溫度也將降低奧氏體不銹鋼晶粒的長大程度，在1080℃/15min的工藝規范下釬焊后，不銹鋼的晶粒度增大到6.2級，強度為510MPa，較BNi-5釬焊規范下釬焊后母材強度少降低13MPa。

在對新釬料使用可靠性的研究中，根據客戶要求，分別對四個EGR冷卻器仿真件進行了振動試驗和冷熱沖擊試驗。試驗結束后在規定壓力和時間下試壓，產品未發生泄漏，說明新釬料通過了振動試驗和冷熱沖擊試驗測試。實驗證明，XHBNi-5釬料具有良好的潤濕性和流動性，對母材溶解量小，在其釬焊規范下，母材晶粒長大程度小，強度下降減少；而且用這種釬料釬焊的EGR冷卻器仿真件通過了振動和冷熱沖擊試驗測試，說明XHBNi-5釬料具有實際應用的前景。然而，由于釬料中含有一定比例的磷元素，在釬焊接頭中形成了大量的的鎳鉻磷化合物及共晶相，這種組織的強度和脆性以及對釬焊接頭力學性能的影響需要進一步研究，才能最終確定這種新釬料使用的可行性。http://www.zhensuchem.com