專利名稱:核工業(yè)用釬焊料及其制造工藝的制作方法
本發(fā)明系一種新穎的核工業(yè)用釬焊料。特別適用于釬焊核工業(yè)反應(yīng)堆用不銹鋼、耐蝕合金和高溫合金等金屬材料的薄壁構(gòu)件。目前，國際上核工業(yè)反應(yīng)堆有關(guān)構(gòu)件通用的制造方法有兩種，一種是熔化焊焊接方法;另一種是釬焊焊接的方法。從60年代以來，大、中型反應(yīng)堆的格架制造大部分采用釬焊。而且所使用的釬焊料主要是BNi-7系列(即Ni-Cr-P系)焊料。象美國、英國和西德就一直使用這種釬焊料制造格架。表1列出有幾個(gè)主要國家所采用的BNi-7系列焊料成分和熔點(diǎn)、釬焊溫度。
表1 一些國家所采用的BNi-7系釬焊料成分及熔點(diǎn)
BNi-7系列釬焊料的特點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，這利于改善釬焊工藝性能并可減少母材因受熱而降低性能的影響。但其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低(＜20Kg/mm2)，塑性差(扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)角小于270℃)，并對(duì)一些活性元素含量較高的高溫合金，其釬焊工藝性能差，使得被焊接部件需要鍍鎳才能進(jìn)行釬焊，造成工藝復(fù)雜。同時(shí)，由于含磷量高，釬焊料的熔蝕較大(＞20μm)，有損于基體材料的強(qiáng)度，特別是對(duì)薄壁材料。
另外，國外研究和使用的另一大類核反應(yīng)堆用釬焊料是BNi-5系列(即Ni-Cr-Si系)表2列出了這一系列的一些焊料的具體成分及熔點(diǎn)。
表2 BNi-5系列釬焊料具體成分及熔點(diǎn)
BNi-5系釬焊料的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度較高，可達(dá)30Kg/mm2，熔蝕也較小，一般在20μm以下，但主要缺點(diǎn)是熔點(diǎn)太高，從而使釬焊溫度大大超過了許多變形材料的再結(jié)晶溫度，導(dǎo)致基體合金性能的變化，特別是在焊接薄壁材料時(shí)，顯得更加嚴(yán)重。
本發(fā)明的目的在于提出了一種熔點(diǎn)低、強(qiáng)度高、熔蝕小以及抗腐蝕性能和抗中子輻照性能優(yōu)異的釬焊料，特別適用于釬焊核工業(yè)反應(yīng)堆用不銹鋼、耐蝕合金和高溫合金等金屬材料的薄壁構(gòu)件。
本發(fā)明是以Ni為基的，含有Cr、Si、Ge、Fe、P、Pd的釬焊料，其具體成分范圍如下11～19%Cr、8.5～10%Si、1～4%Ge、4～10%Fe、1～4.9%Pd、＜2.0%P、余為Ni。合金元素的主要作用如下加入11～19%Cr是為了提高強(qiáng)度，改善耐腐蝕性能;加入Ge能降低熔點(diǎn)，改善釬焊工藝性能;加入Pd能改善機(jī)械性能，特別是塑性，在一定程度上還能改善工藝性能;加入Si也是為了提高機(jī)械性能，同時(shí)可降低熔點(diǎn)，改善流動(dòng)性;Fe的作用是提高機(jī)械性能。
本發(fā)明的熔化區(qū)域?yàn)?040～1080℃。釬焊工藝性能良好，可對(duì)含Al、Ti的高溫合金(如Inconel 718)在不鍍鎳的情況下直接進(jìn)行釬焊，省去了復(fù)雜的鍍鎳工序，焊料熔蝕小于20微米，且能良好地潤濕該合金。用本發(fā)明制作部件時(shí)，釬焊縫成形性好，表面光潔，特別適用于大面積多焊縫的釬焊。
采用本發(fā)明進(jìn)行釬焊，其接頭具有較高的機(jī)械性能，釬焊接頭在350℃下的抗拉強(qiáng)度可達(dá)35～40公斤/毫米2，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)角大于360°。同時(shí)，抗腐蝕性能，特別是抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)良，三點(diǎn)拱形試樣在8、15、25公斤/毫米2三種應(yīng)力條件下，在含有氯離子的介質(zhì)中進(jìn)行試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。本發(fā)明還具有優(yōu)異的抗中子輻照性能，在高通量中子輻照下，于350℃進(jìn)行輻照試驗(yàn)，輻照后，釬焊接頭性能仍然良好，即輻照前后性能上沒有大的變化。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝如下采用真空感應(yīng)爐冶煉，冶煉前將爐子清掃干凈，裝料時(shí)，先把Ni塊，Cr塊，Pd塊、Fe塊及含磷合金等加入爐中，隨之緩慢加熱升溫，待化清后，降低輸入功率，使鋼水降溫，然后再加入Ge、Si，此時(shí)要向爐中輸入氬氣(0.5大氣壓左右)，避免強(qiáng)烈沸騰。利用加入Ge、Si后引起的沸騰，可以有效的攪拌鋼水，待成分均勻后，降低功率，使鋼水溫度降低，出鋼溫度通常以1200-1300℃為宜。即采取低溫出鋼。因釬焊料熔點(diǎn)低，出鋼溫度高易燒模和粘模。
鋼水鑄入生鐵錠模內(nèi)，脫模后采用機(jī)械方法去除氧化鐵皮以保證質(zhì)量，用顎式破碎機(jī)將錠塊破碎成小于φ15mm的小顆粒金屬，然后再用粉碎機(jī)制成小于120目的粉末，經(jīng)過篩后就可得到可用的粉末釬焊料。同時(shí)也可在專用設(shè)備上用霧化法制取粉末。
實(shí)施例一以11.3%Cr、9.0%Si、4.0%Ge、8.5%Fe、4.7%Pd、余為Ni的成分配比備料，在真空感應(yīng)爐上冶煉，隨后制成釬焊料，釬接Inconel 718合金。焊前用雙氧水。HCl和H2O各1/3的溶液進(jìn)行清洗后，再浸入丙酮進(jìn)一步清洗，隨后烘干。在冷壁真空爐內(nèi)直接進(jìn)行釬焊，被焊材料不鍍鎳。釬焊規(guī)范為真空度1×10-4乇，加熱溫度1100℃，保溫時(shí)間10分鐘，爐冷。所得的釬接接頭具有良好的機(jī)械性能，350℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為35公斤/毫米2，熔蝕小于20微米。
實(shí)施例二按重量比為15%Cr、10%Si、10%Fe、1%Ge、1%Pd1.6%P、余為Ni的成分進(jìn)行配料，經(jīng)真空感應(yīng)爐冶煉后制成釬焊料，用該釬焊料焊接厚度為0.1毫米的18-8不銹鋼環(huán)形薄壁構(gòu)件，構(gòu)件外徑為400毫米。焊前用稀鹽酸及丙酮清洗，然后烘干，在冷壁真空爐內(nèi)進(jìn)行釬焊，釬焊規(guī)范為加熱溫度1120℃，保溫時(shí)間15分鐘，真空度1×10-4乇。釬接接頭性能良好，室溫抗拉強(qiáng)度為36公斤/毫米2，500℃的高溫抗拉強(qiáng)度為13公斤/毫米2。熔蝕小于20微米。
實(shí)施例三按表3所列成分配比，在真空感應(yīng)爐上冶煉了4個(gè)不同成分的鎳基釬焊料，并按實(shí)施例一進(jìn)行釬焊。
表權(quán)利要求
1.以Ni為基的主要含有Cr、Si元素的釬焊料其特征于調(diào)整Ge、P、Fe含量，加入Pd等元素，以獲取熔點(diǎn)低，強(qiáng)度高工藝性能好的釬焊料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的釬焊料其特征在于具體成分為11～19%Cr、8.5～10%Si、1～4%Ge、4～10%Fe、1～4.9%Pd、＜2.0%P余為Ni。
3.Ni基釬焊料的制造方法，其特征在于真空中冶煉，不同溫度下分期加料，低溫出鋼和機(jī)械粉碎制粉的工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的制造方法。其特征在于待鋼料化清并降溫后加入Ge、Si。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的制造方法，其特征在于出鋼溫度以1200～1300℃為宜。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的制造方法，其特征在于鑄錠脫模后，需去除氧化鐵皮，然后用機(jī)械方法先將鑄錠破碎成φ15mm的小顆粒金屬，接著再機(jī)械粉碎成120目的粉末。
專利摘要
本發(fā)明系核工業(yè)用釬焊料。特別適用于核工業(yè)反應(yīng)堆用不銹鋼、耐蝕合金和高溫合金等金屬材料的薄壁構(gòu)件。本發(fā)明以鎳為基的，含有Cr、Si、Ge、Fe、P、Pd的合金。其熔化溫度范圍為1040～1080℃。且具有熔點(diǎn)低、強(qiáng)度高、熔蝕小以及抗腐蝕和抗中子輻照性能等優(yōu)異的特點(diǎn)，是一種新穎的核工業(yè)用釬焊料。
文檔編號(hào)C22C19/05GK85100663SQ85100663
公開日1985年9月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者丁立平, 姚鳳芝, 郭育琴, 韓大用, 佐英荃 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan