奧氏體不銹鋼管是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中最重要的鋼種。優(yōu)良的機(jī)械性能、耐腐蝕和耐熱性能、以及突出的焊接性等,使其在機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為獲得良好的耐蝕和耐熱性能,321不銹鋼管中加入了一定量的鉻、鎳、鉬、錳、銅、鈦、鈮等合金元素。但是,大量合金元素的加入,使這種鋼的組成及凝固過程復(fù)雜化。采用常規(guī)焊接方法進(jìn)行焊接加工,極易造成熔池凝固時產(chǎn)生熱裂紋,另一方面熔池金屬傾向于形成方向性很強(qiáng)的粗大柱狀奧氏體晶粒;在晶界處,碳原子不僅易與鉻原子大量化合,造成晶界貧鉻,還會與鈮、鈦等元素大量化合,在腐蝕介質(zhì)中導(dǎo)致發(fā)生焊縫晶間腐蝕和熔合邊界的刀狀腐蝕。此外,因受到奧氏體不銹鋼管自身特性的影響,極易造成焊縫成形不良、焊接熱裂紋等焊接缺陷。而晶間腐蝕和焊接熱裂紋是采用常規(guī)方法焊接321不銹鋼管時存在的主要問題。
真空纖焊技術(shù)因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)越性,最初在航空工業(yè)和原子能工業(yè)等許多尖端部門得到廣泛使用,而近年來,隨著科技發(fā)展,特別是家電工業(yè)(尤其是制冷行業(yè),包括制冷設(shè)備,如電冰箱、空調(diào)及其三通、四通閥等配件)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)的高速度發(fā)展,釬焊技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛。國內(nèi)外對321不銹鋼管真空纖焊技術(shù)的研究也隨之不斷深入,主要集中以下幾方面:
321不銹鋼管真空釬焊是通過釬料對母材的潤濕、溶解和相互作用來實(shí)現(xiàn)金屬間的連接,因此釬焊時纖料的冶金性能對釬焊的質(zhì)量起著極其重要的作用,321不銹鋼管的研究也因此受到了廣泛的重視。添加微量元素,改善釬料性能。早在20世紀(jì)中期,國外在研究Ag-Cu纖料釬焊321不銹鋼管和陶瓷時,就發(fā)現(xiàn)V、Nb、Zr、Hf等元素的添加,可以明顯改善纖料對母材的潤濕性能。近年研究321不銹鋼管釬焊時,又發(fā)現(xiàn)釬料中微量的鈦元素可以與321不銹鋼管反應(yīng),降低了321不銹鋼管的表面能,使釬料能很好地潤混母材,形成良好的纖焊接頭。對于321不銹鋼管纖焊常用的鎳基纖料,國內(nèi)外學(xué)者也先后研究了向釬料中加入了Mn、Co、Sn等合金化元素,以提高銀基纖料的冶金性能和軒焊性能。
微量金屬元素的添加可改善釬料對母材的潤濕性能,但在真空氣氛釬焊時,若纖焊溫度過高,會增加母材和纖料中合金元素的揮發(fā)量,而影響纖焊質(zhì)量,因而低熔點(diǎn)纖料的研究成為纖料發(fā)展的方向。根據(jù)一些研究出的合金的相圖可知,一些微量非金屬元素的添加,如Si、B、P等,能與金屬形成固溶體,降低纖料的熔點(diǎn),從而能夠減少金屬元素的蒸發(fā)量,并能促進(jìn)母材與液態(tài)纖料的互相溶解,有利于非金屬元素的擴(kuò)散均勻化,有效地減少纖縫中脆性物的生成,能夠提高纖焊接頭的性能。周繼鋒,李困亮研究了Cu基釬料中微量元素的添加,對纖焊性能的影響,研制開發(fā)了降低Cu基纖料熔點(diǎn),提高纖焊接頭性能的Cu-Si-Mn合金纖料.甘肅工業(yè)大學(xué)的路文江等研制了低硼低鉻的鎳基纖料。
優(yōu)化釬料成形工藝,提高纖料纖焊性能。纖焊材料的生產(chǎn)與電焊條不同之處是:電焊條的技術(shù)關(guān)鍵主要在于配方,而釬料生產(chǎn)的關(guān)鍵則在于生產(chǎn)加工工藝,特別是在釬料的成形技術(shù)上。321不銹鋼管真空纖焊所用的高溫纖料一般由過渡元素如:鎳、鐵、鉻和非金屬元素硅、硼、磷等形成的低共熔混合物,這種混合物當(dāng)以傳統(tǒng)晶態(tài)結(jié)構(gòu)合成時,所形成的釬料一般都較脆,不能形成連續(xù)的箱片狀或帶狀,只能以粉木狀形式存在。這種粉末狀晶態(tài)軒料存在較大的偏析現(xiàn)象,使用晶態(tài)纖料纖焊時,由于各相熔點(diǎn)不一致,先是低熔點(diǎn)相熔化,而后高熔點(diǎn)相因流散緩慢而堆積,造成分層現(xiàn)象,會引起纖縫脆化,降低纖焊接頭的使用性能。因此料成型工藝,特別是高溫纖料成形工藝的研究受到了廣泛的重視。
近年來采用急冷快淬新技術(shù)研究和開發(fā)非晶態(tài)纖料技術(shù)取得了突破。利用快速凝固的方法對脆性的高溫合金纖料進(jìn)行非晶加工,可以獲得厚度僅為10~50um的箔片狀非晶或微品纖料。它具有傳統(tǒng)的粉末及粘帶狀晶態(tài)釬料所沒有的優(yōu)點(diǎn):化學(xué)成分均勻致密,雜質(zhì)及氣體含量少,釬焊實(shí)施方便,可一次纖焊成功;并且非晶態(tài)纖料的成分和組織單一、均勻,纖焊溫度上升時,幾乎是同時熔化、流動和鋪展:非晶態(tài)纖料的熔化區(qū)間較窄,有利于纖料合金中的B、Si、C等原子吸收較多的能量,增加其活度,提高其擴(kuò)散速度,從而也能抑止脆性化合物的形成。因此非晶態(tài)纖料的研究應(yīng)用成為321不銹鋼管的另一發(fā)展方向。