鈦及鈦合金的最佳釬焊方法

鈦與鐵、鋁、釩、鉬等金屬元素造出的合金，具有強(qiáng)度高、耐熱性高、耐腐蝕性好等優(yōu)異物理機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于化工、海洋工程、交通、醫(yī)療、建筑以及航空航天、軍工等高科技領(lǐng)域，是極為重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其中，航空航天是其重要下游應(yīng)用領(lǐng)域。

鈦及鈦合金為活性金屬,在航天航空、石油化工及原子能工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,鈦及鈦合金釬焊中的主要問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①表面的氧化膜穩(wěn)定，鈦及其合金與氧親和力大,表面容易生成一層很穩(wěn)定的氧化膜,從而阻焊釬料的潤(rùn)濕和鋪展,故釬焊時(shí)必須將其去除。
②具有強(qiáng)烈的吸氣傾向，鈦及其合金在加熱過(guò)程中對(duì)氫、氧和氮具有吸收傾向,而且溫度越高,吸納越嚴(yán)重,從而使鈦金屬的塑性和韌性急劇降低,故釬焊應(yīng)在真空或惰性氣氛中進(jìn)行。
③易于形成金屬間化合物,鈦及其合金能同大多數(shù)針料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成脆性化合物,造成接頭變脆。因此,用于釬焊其他的材料的釬料基本上不適用于釬焊活性金屬。
④組織和性能易于變化。鈦及其合金在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生相變和晶粒粗化,溫度越高,粗化越嚴(yán)重,所以高溫釬焊的溫度不宜過(guò)高。
總之,釬焊鈦及其合金時(shí)必須注意釬焊加熱溫度。一般說(shuō)來(lái),釬焊溫度不宜超過(guò)950～1000℃，釬焊溫度越低,對(duì)母材性能的影響也越小。對(duì)淬火時(shí)效合金來(lái)說(shuō),也可以在不超過(guò)時(shí)效溫度的條件下進(jìn)行釬焊。
為了防止釬焊接頭的氧化及吸氧、吸氫反應(yīng),鈦及鈦合金釬焊是在真空和情性氣氛中進(jìn)行的,一般不采用火焰釬焊。在真空或氯氣中釬焊時(shí),可以采用高頻加熱、爐中加熱等方法,加熱速度快保溫時(shí)間短,界面區(qū)的化合物較薄,接頭性能較好。因此,必須控制針焊溫度和保溫時(shí)間,使釬料流滿間隙即可。
之所以鈦及鈦合金最好是在真空和氬氣中釬焊,是因?yàn)樵谡婵这F焊時(shí),雖然鈦對(duì)氧的親和力很大,但是鈦在13.3Pa真空度下就能得到光潔的表面,這是由于表面的氧化膜可向鈦中溶解所致。
在氬氣保護(hù)下釬焊,釬焊溫度范圍為760～927℃時(shí),為了防止鈦?zhàn)兩?要求高純的氬氣,一般使用制冷存儲(chǔ)容器中的液態(tài)氬因?yàn)樗哂泻芨叩募兌取?br /> 釬焊鈦及鈦合金時(shí),經(jīng)常在界面上或釬縫內(nèi)形成脆性化合物，降低釬焊接頭的性能。為此可用擴(kuò)散焊方法來(lái)改善釬焊接頭的性能。釬焊時(shí),在鈦合金之間分別放上50μm厚的銅箔、鎳箔或銀箔,依靠鈦與這些金屬的接觸反應(yīng),分別形成Cu-Ti、Ni-Ti和Ag-Ti共晶。然后再把這些脆性金屬間化合物擴(kuò)散掉,在一定溫度和一時(shí)間下擴(kuò)散釬焊的接頭具有相當(dāng)好的性能。
另外，a+B相鈦合金可以在退火、固溶處理或時(shí)效狀態(tài)下使用。如果釬焊后要求退火,則有三種方案可供選擇:退火后在退火溫度或低于退火溫度下釬焊;在退火溫度以上的溫度釬焊,并在釬焊循環(huán)中采取分段冷卻工序,從而還獲得退火組織;在退火溫度以上的溫度釬焊,然后進(jìn)行退火處理。