车载储罐外简体夹芯结构钎焊工艺及力学性能研究
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试验 装置 采用 由沈 阳佳 誉 真空科 技 有限公 司 生产 的真 空钎 焊炉 ， 能 够 提供 ２ ． ６ ｍ Ｐ ａ的真 空 度 、 １ ３ ０ ０ ￣ Ｃ的最 高加热 温度 、 有效 加 热 区尺 寸 ６ ０ ０ ｍｍ （ Ｈ） ×６ ０ ０ ｍ ｍ（ ｗ ）×１ ２ ０ ０ ｍｍ（ Ｌ ） 。工 件 的加 热 焊接 过程 在真 空室 中进 行 ， 因为 不使 用钎 剂 ， 避 免 将 装 夹 好 的试 样 放 到 真 空 炉 中 ， 关 闭炉 门 。 加热前启动钎 焊炉的真空系统， 将 炉 内抽 真 空 。
究 。范 猛 确 定 了 在 加 热 炉 中 用 Ｈ ６ ８黄 铜 钎 焊 Ｑ ２ ３ ５钢 的工艺参 数 ： 钎焊温度 ９ ４ ０～ ９ ５ ０ ｃ Ｉ ＝ ， 钎 焊 时 间 ５～ ６ ｍ ｉ ｎ ， 钎焊 间隙 ０ ． ０ ７～ ０ ． ０ ９ ｍ ｍ… 。李建
表１ Ｑ ２ ３ ５钢 化 学成 分
化
工
机
械
２ ０ １ ３焦
车载 储 罐 外 简体 夹 芯 结构 钎 焊 工艺 及 力 学 性 能 研 究
孙 浩 凌 祥 周建新
（ 南 京 工 业 大 学 机 械 与 动 力工 程 学 院 ）
摘 要 研 究 了紫 铜钎 料 焊接 车 载储 罐 外 筒体 夹芯 强化 结构 件 Ｑ ２ ３ ５钢 的钎 焊 工 艺 ， 考 虑 了不 同钎 料 厚
图 ２ 搭接 焊 示意 图
１ ． ４ 钎焊 工艺
笔者 主要探 讨不 同厚 度钎 料和 夹具 上方 作用
额外 载荷 （ 放置 压紧 铁块 ） 对焊 接 头 性 能 的影 响 ， 因此本 试 验分 为 以下 ３组 （ 表３ ） 。 表３ Ｑ ２ ３ ５钢 纯铜 钎焊 工 艺参数
图 １ 搭 接 试 样 尺 寸
第４ ０卷
第 ４期
化
工
机
械
４ ４ １
根据 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ １ ３ ６ ３ － ２ ０ ０ ８ … 中“ 板 材 接 头 试 样
好 。本 试样 搭接示 意 图如 图 ２所 示 。
尺寸 ” ， 设计 试样 尺 寸 如 图 １ 所示 ， 试 样 采 用 数 控 线 切割 方 法加 工 。
来 国内不 少 学 者 对 低 碳 钢钎 焊 进 行 过 细 致 的研
试验 用 母材 为 Ｑ ２ ３ ５钢 ， 原 始 组 织 为 铁 素 体＋ 珠 光体 ， 化学 成分 见 表 １ 。钎料 为 片 状 紫铜 ，
厚度 为 ｏ ． ０ ５ ７ 、 ｏ ． １ １ ５ ｍｍ两种 ， 化学 成分 见表 ２ 。
％
国等 通过研 究 确定 了非 晶钎 料 Ｆ Ｊ ４ ２ ３电阻钎 焊低
碳钢 的钎缝 能 获得 良好 的 显微 组 织 ， 并 可 以获得 ２ ４ ０ ＭＰ ａ的剪切 强 度 。常 功德 等 人 对 紫 铜 钎 焊
江 苏 省 产 学 研 联 合 创 新 基 金 资 助 项 目—— 前 瞻 性 联 合研 究项 目（ Ｂ Ｙ ２ ０ １ ２ ０ ３ ４ ） 。 孙 浩， 男， １ ９ ８ ７年 ４月 生 ， 硕 士研 究 生 。 江 苏省 南 京 市 ， ２ １ ０ ０ ０ ９ 。
需的 力 学性 能 。
关 键 词 真 空 钎 焊 紫 铜钎 料
中圈 分 类 号 Ｔ Ｑ ０ ５ ３ ． ２
Ｑ ２ ３ ５钢 强 度
扩散
文章编号 ０ ２ ５ ４ ￣０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ￣４ ４ ０ ． ０ ５
文献 标 识 码 Ａ
车载储 罐 轻量 化 可 以 降低 燃 油 消耗 ， 减低 碳 排放 量和提 高经 济效 益 。一 种储 罐车轻 量化 的方
微 组 织形貌 和元 素 成 分进 行 深 入 的 探讨 和研 究 ， 为Ｑ ２ ３ ５钢夹 芯结构 的钎 焊提供 参考 。
１ 试 验 过 程 １ ． １ 试 样
属， 填 充接 头 间隙 并 与母 材 金 属相 互 扩 散 实 现焊
件连 接 。影响 钎 焊接 头 质 量 的 因素 很 多 ， 如钎 焊 温度 、 保温时间、 冷却 方 式 以及 真 空度 等 ， 近 些年
０ ８低碳 钢工 艺参 数选 择进 行 了研 究 ， 确 定 了钎 焊
温度为 １ １ ０ ０～１ １ ５ ０ ℃， 保 温 时 间 ５—８ ｍ ｉ ｎ ， 钎 缝
法是 利用 夹芯强 化结 构代替 原有 的角钢 来 支承外
筒体 ， 该 结 构 由上 板 、 下板 与 中间夹 芯 组成 ， 上 下 板和 夹芯 材 料 都 为 Ｑ ２ ３ ５钢 ， 传 统 的 熔 化 焊 和 压 力焊 很难 实现 一次成 形 。钎 焊是 采用 比焊件 金属 熔点 低 的金属 钎料 ， 将 焊 件 和 钎料 加 热 到 高 于钎 料、 低 于焊 件熔 化温度 ， 利 用液态 钎料 润湿 焊件金
间隙 为 ０ ． ０ ３～０ ． ０ ５ ｍｍ 时 ， 钎 焊效 果 最 好 。使 用 紫铜 钎 料对 Ｑ ２ ３ ５钢 进 行 真 空 钎 焊 ， 在 钎 焊 工
艺一定 的情况 下重 点考 虑初始 钎 料厚 度 。 和外
加 载荷 这两 个 因素 ， 并 对焊接 接头 的力 学性 能 、 显
度 和 外 加 载 荷 对钎 焊接 头 的 影 响 ， 借助 Ｅ Ｄ Ｓ和 金 相 显 微 镜 分 析 了钎 焊接 头的 元 素 扩散 情 况 和 界 面 微 观 组织结构 ， 并通 过 剪切 试 验 测 试 不 同钎 焊 接 头 的 力 学性 能 。 结 果 表 明 ： 钎料 厚度越 小 ， 钎 料 对 母 材 润 湿 效果越好 ； 钎 焊 夹 具上 作 用 的外 加 载 荷 有 助 于提 高接 头 强 度 。 当钎 料 厚 度 为 ０ ． ０ ５ ７ ｍｍ， 外加 ５ ＭＰ ａ载 荷 的情 况下 ， 钎 料 对母 材 润 湿效 果 最好 ， 接 头 剪切 强度 可达 １ ４ ０ ＭＰ ａ ， 可 以 满 足 车 载储 罐 外 筒 体 夹 层 结 构 所
究 。范 猛 确 定 了 在 加 热 炉 中 用 Ｈ ６ ８黄 铜 钎 焊 Ｑ ２ ３ ５钢 的工艺参 数 ： 钎焊温度 ９ ４ ０～ ９ ５ ０ ｃ Ｉ ＝ ， 钎 焊 时 间 ５～ ６ ｍ ｉ ｎ ， 钎焊 间隙 ０ ． ０ ７～ ０ ． ０ ９ ｍ ｍ… 。李建
表１ Ｑ ２ ３ ５钢 化 学成 分
化
工
机
械
２ ０ １ ３焦
车载 储 罐 外 简体 夹 芯 结构 钎 焊 工艺 及 力 学 性 能 研 究
孙 浩 凌 祥 周建新
（ 南 京 工 业 大 学 机 械 与 动 力工 程 学 院 ）
摘 要 研 究 了紫 铜钎 料 焊接 车 载储 罐 外 筒体 夹芯 强化 结构 件 Ｑ ２ ３ ５钢 的钎 焊 工 艺 ， 考 虑 了不 同钎 料 厚
图 ２ 搭接 焊 示意 图
１ ． ４ 钎焊 工艺
笔者 主要探 讨不 同厚 度钎 料和 夹具 上方 作用
额外 载荷 （ 放置 压紧 铁块 ） 对焊 接 头 性 能 的影 响 ， 因此本 试 验分 为 以下 ３组 （ 表３ ） 。 表３ Ｑ ２ ３ ５钢 纯铜 钎焊 工 艺参数
图 １ 搭 接 试 样 尺 寸
第４ ０卷
第 ４期
化
工
机
械
４ ４ １
根据 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ １ ３ ６ ３ － ２ ０ ０ ８ … 中“ 板 材 接 头 试 样
好 。本 试样 搭接示 意 图如 图 ２所 示 。
尺寸 ” ， 设计 试样 尺 寸 如 图 １ 所示 ， 试 样 采 用 数 控 线 切割 方 法加 工 。
来 国内不 少 学 者 对 低 碳 钢钎 焊 进 行 过 细 致 的研
试验 用 母材 为 Ｑ ２ ３ ５钢 ， 原 始 组 织 为 铁 素 体＋ 珠 光体 ， 化学 成分 见 表 １ 。钎料 为 片 状 紫铜 ，
厚度 为 ｏ ． ０ ５ ７ 、 ｏ ． １ １ ５ ｍｍ两种 ， 化学 成分 见表 ２ 。
％
国等 通过研 究 确定 了非 晶钎 料 Ｆ Ｊ ４ ２ ３电阻钎 焊低
碳钢 的钎缝 能 获得 良好 的 显微 组 织 ， 并 可 以获得 ２ ４ ０ ＭＰ ａ的剪切 强 度 。常 功德 等 人 对 紫 铜 钎 焊
江 苏 省 产 学 研 联 合 创 新 基 金 资 助 项 目—— 前 瞻 性 联 合研 究项 目（ Ｂ Ｙ ２ ０ １ ２ ０ ３ ４ ） 。 孙 浩， 男， １ ９ ８ ７年 ４月 生 ， 硕 士研 究 生 。 江 苏省 南 京 市 ， ２ １ ０ ０ ０ ９ 。
需的 力 学性 能 。
关 键 词 真 空 钎 焊 紫 铜钎 料
中圈 分 类 号 Ｔ Ｑ ０ ５ ３ ． ２
Ｑ ２ ３ ５钢 强 度
扩散
文章编号 ０ ２ ５ ４ ￣０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ￣４ ４ ０ ． ０ ５
文献 标 识 码 Ａ
车载储 罐 轻量 化 可 以 降低 燃 油 消耗 ， 减低 碳 排放 量和提 高经 济效 益 。一 种储 罐车轻 量化 的方
微 组 织形貌 和元 素 成 分进 行 深 入 的 探讨 和研 究 ， 为Ｑ ２ ３ ５钢夹 芯结构 的钎 焊提供 参考 。
１ 试 验 过 程 １ ． １ 试 样
属， 填 充接 头 间隙 并 与母 材 金 属相 互 扩 散 实 现焊
件连 接 。影响 钎 焊接 头 质 量 的 因素 很 多 ， 如钎 焊 温度 、 保温时间、 冷却 方 式 以及 真 空度 等 ， 近 些年
０ ８低碳 钢工 艺参 数选 择进 行 了研 究 ， 确 定 了钎 焊
温度为 １ １ ０ ０～１ １ ５ ０ ℃， 保 温 时 间 ５—８ ｍ ｉ ｎ ， 钎 缝
法是 利用 夹芯强 化结 构代替 原有 的角钢 来 支承外
筒体 ， 该 结 构 由上 板 、 下板 与 中间夹 芯 组成 ， 上 下 板和 夹芯 材 料 都 为 Ｑ ２ ３ ５钢 ， 传 统 的 熔 化 焊 和 压 力焊 很难 实现 一次成 形 。钎 焊是 采用 比焊件 金属 熔点 低 的金属 钎料 ， 将 焊 件 和 钎料 加 热 到 高 于钎 料、 低 于焊 件熔 化温度 ， 利 用液态 钎料 润湿 焊件金
间隙 为 ０ ． ０ ３～０ ． ０ ５ ｍｍ 时 ， 钎 焊效 果 最 好 。使 用 紫铜 钎 料对 Ｑ ２ ３ ５钢 进 行 真 空 钎 焊 ， 在 钎 焊 工
艺一定 的情况 下重 点考 虑初始 钎 料厚 度 。 和外
加 载荷 这两 个 因素 ， 并 对焊接 接头 的力 学性 能 、 显
度 和 外 加 载 荷 对钎 焊接 头 的 影 响 ， 借助 Ｅ Ｄ Ｓ和 金 相 显 微 镜 分 析 了钎 焊接 头的 元 素 扩散 情 况 和 界 面 微 观 组织结构 ， 并通 过 剪切 试 验 测 试 不 同钎 焊 接 头 的 力 学性 能 。 结 果 表 明 ： 钎料 厚度越 小 ， 钎 料 对 母 材 润 湿 效果越好 ； 钎 焊 夹 具上 作 用 的外 加 载 荷 有 助 于提 高接 头 强 度 。 当钎 料 厚 度 为 ０ ． ０ ５ ７ ｍｍ， 外加 ５ ＭＰ ａ载 荷 的情 况下 ， 钎 料 对母 材 润 湿效 果 最好 ， 接 头 剪切 强度 可达 １ ４ ０ ＭＰ ａ ， 可 以 满 足 车 载储 罐 外 筒 体 夹 层 结 构 所