铜与不锈钢的真空钎焊
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文中详细叙述了异种金属材料１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢与紫铜的真空钎焊方 法。根据理论分析和实际经验，进行了钎料的设计、接头设计和工艺参数设 定，并分析了影响这两种材料真空钎焊的因素，着重通过实验分析了钎焊装 配间隙对钎焊结果的影响。通过对接头的组织分析和性能测试，结果表明采 用本文推荐的工艺，真空钎焊这两种材料所能达到的性能指标，能满足散热 器中铜与不锈钢焊接的使用要求。
真空钎焊技术的发展： 最初的钎焊都是在普通大气条件下进行的，不采用任何保护措施，工件 材料在加热过程中，必然会遭受周围大气的侵入，发生氧化或污染，钎焊接 头质量得不到保证。 为了防止氧化污染，去除工件表面的氧化膜和改善钎缝形成过程，使用 银基钎料或铜基钎料并配合使用硼酸和硼砂等化合物作为钎剂１２】，使接头质 量得到了极大的提高，钎焊工艺的应用范围也得到较大的扩展。 随着现代科技与生产的迅猛发展和航空航天等尖端工业的兴起，新的铝 合金、钛合金和高温合金等特殊材料的不断涌现和使用，对钎焊技术提出了 越来越高的要求，仅只依靠钎剂提高钎焊质量已不可能满足要求。这时一种 不用焊剂而向钎焊区通入受控保护气体的炉中钎焊工艺出现了，气体一般选 用氮气、氢气或惰性气体氩气，取得了很好的效果，解决了不少生产难题。 但是，这类工艺消耗气体多，经济效益差，对环境会造成污染，而且使用氢 气时，还可能会有爆炸危险，使这种工艺的推广受到了一定的限制。为了克 服这些不足，随着真空技术的发展，真空钎焊技术便应运而生。 最早的真空钎焊使用热壁真空炉，炉室较小，容纳零件有限，使用温度 也受限制，冷却周期长，适应被钎焊材料的范围也较窄，加之用于高温、高 强部件的钎料为金基钎料或贵金属钎料，钎焊成本高，致使真空钎焊技术在 这时期的应用仅限于少数尖端产品，得不到普遍的推广。
１．４．１．ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｗｅｒｅ ｂｏｔｈ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｂｒａｚｅｄｊｏｉｎｔ
ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
’
Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｌｏｇｏｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ·１Ｃｒｌ８Ｎｉ ９，ｒｉ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｐｕｒｅ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏｐｉｃ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎ
武汉理ｌ‘人学硕十学位论文
第ｌ章绪论
１．１引言
真空钎焊是在真空气氛中不用施加任何钎剂而连接零件的一种先进的 工艺方法，可以钎焊那些用一般方法难以连接的材料和结构，而得到光洁致 密、具有优良力学性能和抗腐蚀性能的钎焊接头【ｌ】。目前这种工艺不仅在航 空、航天、原子能、电气仪表等尖端工业中成为必不可出的生产手段，而且 在石油、化工、汽车、家电等有关机械制造中得ＮＴ推广和普及。
ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｉｎ ｒａｄｉａｔｏｒｓ．
５ ｃｈａｐｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ，ａｎｄ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｅｒｅ
武汉理工大学 硕士学位论文 铜与不锈钢的真空钎焊 姓名：郭红 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：陈先咏
2003.5.1
摘要
在航空航天、机械、化工、冶金等工业制造中，常可见到不锈钢与铜合 金之间所形成的复合零部件结构。这样的复合结构不仅能节省大量的有色金 属，而且能显著降低成本。焊接是各种金属结构的主要制造工艺之一。由于焊 接热过程和焊接冶金的特殊性，加上不锈钢与铜的导热系数、热膨胀系数等 存在较大的差异，往往使焊接结构的使用性能有所降低，甚至成为结构损坏 的直接或间接原因。因此对于这两种材料焊接工艺的改进是极为重要的课 题。基于钎焊的特点，尤其是１．４．１节中所述真空钎焊的优点，我们尝试用 真空钎焊铜与不锈钢，以期得到有实用意义的、性能优良的钎焊接头。
ｕｓｅｄ．Ｉｔ ｃａｒｌ ｓａｖｅ ｍａｎｙ ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｓ
ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｉｎ ｓｏｍｅ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ，
在我国，真空钎焊技术应用较晚，但自７０年代后期开始，在研究、使 用和发展真空钎焊方面取得了很大的发展，相信在不远的将来，必将会使这 一先进生产技术应用更为广泛。
１．２铜与不锈钢的应用发展及其焊接性
１．２．１铜与不锈钢的发展概况
铜是在远古时代就已被人类广泛使用的金属【羽。而且至今仍是利用率很 高的金属之一。特别是纯铜，由于它是电和热的良导体，被作为优良电气材 料而广泛应用。铜及铜合金对于大气、海水或者各种药品、食品等有良好的 耐腐蚀性能，被广泛应用在化学容器、酿造设备、食品加工装置以及船舶部 件等方面。铜合金比铜的传热导电性能差，但是强度高，因此可以用它作各 种构件材料。
ｃｈａｐｔｅｒ．Ｒｅａｓｏｎｓ ｗｈｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｌｅａｄ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｌａｓｔ ｃｈａｐｔｅ＇ｒ Ｗａｓ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｐａｒｔｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｐｐｅｒ，Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ，Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｅ
不锈钢通常是指含铬量在１２％－－３０％的铁基耐蚀合金。 不锈钢的发明已有约九十年的历史。早在１９１３年英国的Ｂｒｅａｒｌｙ报道了 一种含铬１２％．１３％的铁基合金具有良好的耐蚀性，并称这类马氏体Ｆｅ—ｃｒ合 金为不锈钢。几乎在同一时期美国的Ｃ．Ｄａｎｔｓｉｚｅｎ开发了含铬１４％．１６％，含 碳Ｏ．０７％．Ｏ．１５％的铁索体不锈钢。德国也用不锈钢来称呼Ｓｔｒａｕｓｓ和Ｍａｕｒｅｒ 共同开发的奥氏体Ｆｅ．ｃｒ－Ｎｉ合金，这种合金中含碳量小于１％，含铬 １５％．４０％，含镍量小于２０％。法国在１９１７年根据Ｃｈｅｖｅｎａｒｄ的工作研制了
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓ，ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｗｅｌｄｉｎｇ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ
ＣＯｇｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ
铜无磁性，具有很高的导电性、导热性和耐蚀性，塑性变形能力高，易 于热压或冷压成各种板材和型材，广泛用作导电器材、电缆，电器开关等电 气器材和冷凝器、散热器、热交换器等制品。但纯铜（即紫铜）强度不高， 为进一步提高其强度，保持塑性，加入锌、铝、锡、镍等固溶强化元素而分 别组成黄铜、青铜和白铜。
黄铜是铜与锌的合金，力学性能和耐蚀性能均高于紫铜，能很好地进行 压力加工，成本也较低，多用于各种结构部件。为了提高黄铜的耐蚀性能、 力学性能或者切削性能，在其中加入少量锡、铝、锰、硅等元素，即得到锡 黄铜、铝黄铜、锰黄铜等多元黄铜。
关键词： 铜、不锈钢、真空钎焊
ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ
Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆａｖｉａｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｄｅ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ａｌｗａｙｓ
ｃｏｐｐｅｒ Ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｌｄｅｒ ａｎｄ ｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄ ｓｅａｉｎｇ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｆａｃｔｏｒｓ
武汉理ｌ：人学硕士学位论文
１９４８年，美国ＷＡＬＬ ＣＯＬＯＮＯＭＯＮＹ公司首先研制出可用于高温部件 的、具有高强性的镍基钎料ＡＭＳ４７７５，使钎料的成本降低了８０％左右，对 真空钎焊技术的发展起到了极大的促进作用。
１９５８年，美国ＩＰＳＥＮ公司首先研制成功真空密封高速风扇电机惰性气 体循环真空炉，具有强制对流冷却机能。这种新型真空炉的使用，为真空钎 焊技术在各个工业领域内的广泛应用奠定了基础。。
Baidu Nhomakorabea
ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍ【ｐｈａｓｉｓ ｗａｓ ｌａｉｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｏｎ ｂｒａｚｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．
ａｐｐｌｉｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｌｏｗ，ａｎｄ ｅｖｅｎ ｂｅｃｏｍｅ ｄｉｒｅｃｔ ａｎｄ ｉｎｄｉｒｅｃｔ
ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｅｓｔｒｏｙ；ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌ。ｃｈａｐｔｅｒ．Ｔｈｅ ２“ｏ ｃｈａｐｔｅｒ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ
ｊｏｉｎｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ３”ｃｈａｐｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ
铜合金中主要加入元素不是锌而是锡、铝、硅、铍等元素时，通称青铜， 如锡青铜、铝青铜、或铍青铜等。青铜具有较高的耐磨性及良好的力学性能，
武汉理工人学硕士学位论文
铸造性能和耐蚀性能也很好。常用于制造各种耐磨零件及与酸、碱、蒸气等 腐蚀介质接触的零件。
以镍为主要合金元素的铜基合金称为白铜，若再加入锰、铁、锌、铝等 元素，则分别称为锰白铜、铁白铜等。白铜按用途分为结构白铜和电工白铜。 结构白铜的特点是具有高的力学性能和极高的抗蚀性，并具有耐热和耐寒的 性能。常用以制造在高温和强腐蚀介质中工作的零件。电工白铜具有特殊的 热电性质，即电阻率大，电阻温度系数小和热电动势大，在电工技术及仪器 仪表制造中获得广泛应用。
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ
ａｌｓｏ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｈａｐｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ４“
本文共分五章，第一章为绪论，介绍了真空钎焊方法及其优缺点、铜与 不锈钢焊接性及焊接国内外现状。第二章介绍了真空钎焊接头的形成机理。 第三章给出了实验所用的设备和采用的工艺路线，具体分析了各个工艺参数 对钎焊结果的影响及参数设计原则。第四章是实验结果和分析，分析了不同 工艺参数下得到不同结果的原因。第五章为结束语。
真空钎焊技术的发展： 最初的钎焊都是在普通大气条件下进行的，不采用任何保护措施，工件 材料在加热过程中，必然会遭受周围大气的侵入，发生氧化或污染，钎焊接 头质量得不到保证。 为了防止氧化污染，去除工件表面的氧化膜和改善钎缝形成过程，使用 银基钎料或铜基钎料并配合使用硼酸和硼砂等化合物作为钎剂１２】，使接头质 量得到了极大的提高，钎焊工艺的应用范围也得到较大的扩展。 随着现代科技与生产的迅猛发展和航空航天等尖端工业的兴起，新的铝 合金、钛合金和高温合金等特殊材料的不断涌现和使用，对钎焊技术提出了 越来越高的要求，仅只依靠钎剂提高钎焊质量已不可能满足要求。这时一种 不用焊剂而向钎焊区通入受控保护气体的炉中钎焊工艺出现了，气体一般选 用氮气、氢气或惰性气体氩气，取得了很好的效果，解决了不少生产难题。 但是，这类工艺消耗气体多，经济效益差，对环境会造成污染，而且使用氢 气时，还可能会有爆炸危险，使这种工艺的推广受到了一定的限制。为了克 服这些不足，随着真空技术的发展，真空钎焊技术便应运而生。 最早的真空钎焊使用热壁真空炉，炉室较小，容纳零件有限，使用温度 也受限制，冷却周期长，适应被钎焊材料的范围也较窄，加之用于高温、高 强部件的钎料为金基钎料或贵金属钎料，钎焊成本高，致使真空钎焊技术在 这时期的应用仅限于少数尖端产品，得不到普遍的推广。
１．４．１．ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｗｅｒｅ ｂｏｔｈ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｂｒａｚｅｄｊｏｉｎｔ
ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
’
Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｌｏｇｏｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ·１Ｃｒｌ８Ｎｉ ９，ｒｉ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｐｕｒｅ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏｐｉｃ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎ
武汉理ｌ‘人学硕十学位论文
第ｌ章绪论
１．１引言
真空钎焊是在真空气氛中不用施加任何钎剂而连接零件的一种先进的 工艺方法，可以钎焊那些用一般方法难以连接的材料和结构，而得到光洁致 密、具有优良力学性能和抗腐蚀性能的钎焊接头【ｌ】。目前这种工艺不仅在航 空、航天、原子能、电气仪表等尖端工业中成为必不可出的生产手段，而且 在石油、化工、汽车、家电等有关机械制造中得ＮＴ推广和普及。
ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｉｎ ｒａｄｉａｔｏｒｓ．
５ ｃｈａｐｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ，ａｎｄ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｅｒｅ
武汉理工大学 硕士学位论文 铜与不锈钢的真空钎焊 姓名：郭红 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：陈先咏
2003.5.1
摘要
在航空航天、机械、化工、冶金等工业制造中，常可见到不锈钢与铜合 金之间所形成的复合零部件结构。这样的复合结构不仅能节省大量的有色金 属，而且能显著降低成本。焊接是各种金属结构的主要制造工艺之一。由于焊 接热过程和焊接冶金的特殊性，加上不锈钢与铜的导热系数、热膨胀系数等 存在较大的差异，往往使焊接结构的使用性能有所降低，甚至成为结构损坏 的直接或间接原因。因此对于这两种材料焊接工艺的改进是极为重要的课 题。基于钎焊的特点，尤其是１．４．１节中所述真空钎焊的优点，我们尝试用 真空钎焊铜与不锈钢，以期得到有实用意义的、性能优良的钎焊接头。
ｕｓｅｄ．Ｉｔ ｃａｒｌ ｓａｖｅ ｍａｎｙ ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｓ
ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｉｎ ｓｏｍｅ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ，
在我国，真空钎焊技术应用较晚，但自７０年代后期开始，在研究、使 用和发展真空钎焊方面取得了很大的发展，相信在不远的将来，必将会使这 一先进生产技术应用更为广泛。
１．２铜与不锈钢的应用发展及其焊接性
１．２．１铜与不锈钢的发展概况
铜是在远古时代就已被人类广泛使用的金属【羽。而且至今仍是利用率很 高的金属之一。特别是纯铜，由于它是电和热的良导体，被作为优良电气材 料而广泛应用。铜及铜合金对于大气、海水或者各种药品、食品等有良好的 耐腐蚀性能，被广泛应用在化学容器、酿造设备、食品加工装置以及船舶部 件等方面。铜合金比铜的传热导电性能差，但是强度高，因此可以用它作各 种构件材料。
ｃｈａｐｔｅｒ．Ｒｅａｓｏｎｓ ｗｈｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｌｅａｄ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｌａｓｔ ｃｈａｐｔｅ＇ｒ Ｗａｓ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｐａｒｔｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｐｐｅｒ，Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ，Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｅ
不锈钢通常是指含铬量在１２％－－３０％的铁基耐蚀合金。 不锈钢的发明已有约九十年的历史。早在１９１３年英国的Ｂｒｅａｒｌｙ报道了 一种含铬１２％．１３％的铁基合金具有良好的耐蚀性，并称这类马氏体Ｆｅ—ｃｒ合 金为不锈钢。几乎在同一时期美国的Ｃ．Ｄａｎｔｓｉｚｅｎ开发了含铬１４％．１６％，含 碳Ｏ．０７％．Ｏ．１５％的铁索体不锈钢。德国也用不锈钢来称呼Ｓｔｒａｕｓｓ和Ｍａｕｒｅｒ 共同开发的奥氏体Ｆｅ．ｃｒ－Ｎｉ合金，这种合金中含碳量小于１％，含铬 １５％．４０％，含镍量小于２０％。法国在１９１７年根据Ｃｈｅｖｅｎａｒｄ的工作研制了
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓ，ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｗｅｌｄｉｎｇ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ
ＣＯｇｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ
铜无磁性，具有很高的导电性、导热性和耐蚀性，塑性变形能力高，易 于热压或冷压成各种板材和型材，广泛用作导电器材、电缆，电器开关等电 气器材和冷凝器、散热器、热交换器等制品。但纯铜（即紫铜）强度不高， 为进一步提高其强度，保持塑性，加入锌、铝、锡、镍等固溶强化元素而分 别组成黄铜、青铜和白铜。
黄铜是铜与锌的合金，力学性能和耐蚀性能均高于紫铜，能很好地进行 压力加工，成本也较低，多用于各种结构部件。为了提高黄铜的耐蚀性能、 力学性能或者切削性能，在其中加入少量锡、铝、锰、硅等元素，即得到锡 黄铜、铝黄铜、锰黄铜等多元黄铜。
关键词： 铜、不锈钢、真空钎焊
ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ
Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆａｖｉａｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｄｅ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ａｌｗａｙｓ
ｃｏｐｐｅｒ Ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｌｄｅｒ ａｎｄ ｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄ ｓｅａｉｎｇ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｆａｃｔｏｒｓ
武汉理ｌ：人学硕士学位论文
１９４８年，美国ＷＡＬＬ ＣＯＬＯＮＯＭＯＮＹ公司首先研制出可用于高温部件 的、具有高强性的镍基钎料ＡＭＳ４７７５，使钎料的成本降低了８０％左右，对 真空钎焊技术的发展起到了极大的促进作用。
１９５８年，美国ＩＰＳＥＮ公司首先研制成功真空密封高速风扇电机惰性气 体循环真空炉，具有强制对流冷却机能。这种新型真空炉的使用，为真空钎 焊技术在各个工业领域内的广泛应用奠定了基础。。
Baidu Nhomakorabea
ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍ【ｐｈａｓｉｓ ｗａｓ ｌａｉｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｏｎ ｂｒａｚｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．
ａｐｐｌｉｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｌｏｗ，ａｎｄ ｅｖｅｎ ｂｅｃｏｍｅ ｄｉｒｅｃｔ ａｎｄ ｉｎｄｉｒｅｃｔ
ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｅｓｔｒｏｙ；ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌ。ｃｈａｐｔｅｒ．Ｔｈｅ ２“ｏ ｃｈａｐｔｅｒ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ
ｊｏｉｎｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ３”ｃｈａｐｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ
铜合金中主要加入元素不是锌而是锡、铝、硅、铍等元素时，通称青铜， 如锡青铜、铝青铜、或铍青铜等。青铜具有较高的耐磨性及良好的力学性能，
武汉理工人学硕士学位论文
铸造性能和耐蚀性能也很好。常用于制造各种耐磨零件及与酸、碱、蒸气等 腐蚀介质接触的零件。
以镍为主要合金元素的铜基合金称为白铜，若再加入锰、铁、锌、铝等 元素，则分别称为锰白铜、铁白铜等。白铜按用途分为结构白铜和电工白铜。 结构白铜的特点是具有高的力学性能和极高的抗蚀性，并具有耐热和耐寒的 性能。常用以制造在高温和强腐蚀介质中工作的零件。电工白铜具有特殊的 热电性质，即电阻率大，电阻温度系数小和热电动势大，在电工技术及仪器 仪表制造中获得广泛应用。
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ
ａｌｓｏ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｈａｐｔｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ４“
本文共分五章，第一章为绪论，介绍了真空钎焊方法及其优缺点、铜与 不锈钢焊接性及焊接国内外现状。第二章介绍了真空钎焊接头的形成机理。 第三章给出了实验所用的设备和采用的工艺路线，具体分析了各个工艺参数 对钎焊结果的影响及参数设计原则。第四章是实验结果和分析，分析了不同 工艺参数下得到不同结果的原因。第五章为结束语。