一種W-Cu合金同種材料的高強度連接工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種W-Cu合金同種材料的高強度連接工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]W-Cu合金兼具了 W和Cu的諸多優(yōu)異性能，其具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，高的強度和硬度，低的熱膨脹系數(shù)，良好的耐電弧侵蝕性、抗高溫氧化性及抗熔焊性等優(yōu)異特征。廣泛應(yīng)用于能源、電力、航空航天、國防工業(yè)以及核工業(yè)等領(lǐng)域，主要涉及炮軌導(dǎo)彈頭、火箭發(fā)動機噴管喉襯、噴嘴和燃?xì)舛娴炔考?，是一種極具有發(fā)展前進(jìn)的高溫復(fù)合材料。而在生產(chǎn)使用過程中，通常采用高溫?zé)Y(jié)以及熱等靜壓等方式實現(xiàn)W-Cu合金之間的連接，其生產(chǎn)制造工藝繁瑣復(fù)雜，成本投入較大，連接強度低，難以滿足W-Cu合金的使用要求以及展現(xiàn)W-Cu合金的優(yōu)異性能。W-Cu合金對氣體雜質(zhì)敏感性較大，以及易出現(xiàn)脆化物相和微孔，嚴(yán)重影響連接區(qū)域的氣密性及承載能力，采用一般的連接方式難以滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中連接W-Cu合金材料的強度較低等問題，本發(fā)明提供一種用于同種W-Cu合金的高強度連接工藝，以獲得高強度的連接接頭。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種W-Cu合金高強度連接工藝，包括以下步驟:
[0005]I)準(zhǔn)備:對待釬焊的W-Cu合金和釬料進(jìn)行清理，利用酸洗和砂子打磨除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，將W-Cu復(fù)合材料和釬料箔片置于丙酮中，采用超聲波清洗10?15min，并進(jìn)行干燥處理；
[0006]2)裝配:將清洗后的釬料箔片置于W-Cu合金待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，控制釬縫間隙在20?50μπι之間，確保連接的精度，在夾具上放置額定質(zhì)量的壓頭并施加適量的壓力，產(chǎn)生0.08?0.12MPa的恒定垂直壓力；
[0007]3)釬焊連接:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設(shè)備中，首先以10?20°C/min的速率升溫至300?350°C，進(jìn)行第一次保溫15?20min，再以8?12°C/min的速率升溫，進(jìn)行第二次保溫10?15min，再以4?6°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度，保溫時間為20?45min，再以4?6°C/min的速率冷卻，冷卻保溫時間為5?lOmin，最后通入氬氣，以50?60°C/min的速率冷卻至200?250°C，隨爐冷卻至室溫，完成釬焊，開爐取出被焊連接件即可。
[0008]作為優(yōu)選，所述的釬料為:銅基釬料(Cu78.8%、Mn7.8%、Co4.7%、Ni2.4%、2『3.5%、112.8%)，釬焊溫度為1010?1060°(3;銀基釬料(八870.5%、(:1123%、113.8%、Ni2.5%、B0.2% )，釬焊溫度為830?890°C，釬料厚度均為100?150μπι。
[0009]作為優(yōu)選，酸洗采用5%HF、20%HN03和75%出0溶液清洗W-Cu合金表面3?5min。
[0010]作為優(yōu)選，所述的步驟(1)中，依次利用128、114、17、13.5號金相砂紙對待焊1-(:11合金表面進(jìn)行打磨光滑，利用W5和W3.5號金相砂紙對釬料箔片表面進(jìn)行打磨。
[0011]作為優(yōu)選，所述的步驟(2)所述的釬縫間隙采用固定厚度的鋼?？刂疲穸瘸叽鐬?0 ?50μπι。
[0012]作為優(yōu)選，所述的步驟(3)中，利用Cu基釬料釬焊時，第二次保溫溫度為800?850°C，冷卻保溫溫度為900?950°C ；利用Ag基釬料釬焊時，第二次保溫溫度為600?650°C，冷卻保溫溫度為700?750°C。
[0013]釬焊采用固液相連的方法，將W-Cu合金連接成復(fù)合件，保證其擁有較高的強度，同時可以滿足W-Cu合金在各種復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，極大的展現(xiàn)其優(yōu)異的性能特點。
[0014]有益效果:本發(fā)明操作簡單、方便快捷，真空釬焊前無須對待焊W-Cu合金進(jìn)行表面改性處理，實現(xiàn)W-Cu合金的直接焊接，無需保護(hù)措施，通過控制間隙、施加適量的壓力以及通氬氣保護(hù)快速急冷實現(xiàn)W-Cu合金的高強度連接，塑形性能優(yōu)異，接頭組織細(xì)密以及殘余應(yīng)力較小，連接工藝可重復(fù)再現(xiàn)，便于廣泛推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]圖1為【具體實施方式】I?4的釬焊結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為【具體實施方式】I?4的高強度連接工藝曲線示意圖。
[0017]圖3為具體實施2得到的W-Cu合金的釬焊接頭的掃描電鏡照片。
[0018]圖4為具體實施2得到的W-Cu合金的釬焊接頭的彎曲斷口微觀形貌照片。
[0019]圖5為具體實施3得到的W-Cu合金的釬焊接頭的掃描電鏡照片。
[0020]圖6為具體實施3得到的W-Cu合金的釬焊接頭的彎曲斷口微觀形貌照片。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]W-Cu合金(W55Cu45，wt%)采用對接真空釬焊，兩塊W-Cu合金試樣尺寸均為20mm X20_X 5mm，待奸焊面為20_X 5mm截面。
[0023]釬料的成分及質(zhì)量百分比為:0178.8%、]?117.8%、(:04.7%、祖2.4%、2^.5%、Ti2.8%，釬料厚度為150μπι。
[0024]釬焊工藝步驟為:
[0025](I)準(zhǔn)備:對待釬焊的W-Cu合金和釬料進(jìn)行清理，采用5 % HF、20 % HNO3和75 % H2O溶液進(jìn)行酸洗，清洗W-Cu合金表面5min，采用W28、W14、W7、W3.5號金相砂紙對待焊W-Cu合金表面進(jìn)行打磨光滑和W5、W3.5號金相砂紙對釬料箔片表面進(jìn)行打磨，除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，將W-Cu復(fù)合材料和釬料箔片置于丙酮中，采用超聲波清洗15min，并進(jìn)行干燥處理；
[0026](2)裝配:將清洗后的釬料箔片置于W-Cu合金待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，利用尺寸為I X5mm的鋼?？刂柒F縫間隙為40μπι，確保連接的精度，在夾具上放置額定質(zhì)量的壓頭并施加適量的壓力，產(chǎn)生0.1OMPa的恒定垂直壓力；
[0027](3)釬焊連接:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設(shè)備中，首先以15°C/min的速率升溫至300°C，保溫20min，再以10°C/min的速率繼續(xù)升溫至800°C，保溫時間1min，再以10°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度1045°C，保溫時間30min，再以5°C/min的速率冷卻至900°C，保溫時間lOmin，最后通入氬氣，以50°C/min的速率冷卻至250°c，隨爐冷卻至室溫，完成釬焊，開爐取出被焊連接件即可。
[0028]結(jié)果:如圖1?2，釬焊獲得的W-Cu合金接頭成形良好，金相以及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)釬焊區(qū)形成致密的界面結(jié)合，無氣孔、裂紋等缺陷，合金成分分布均勻，接頭強度高，室溫四點彎曲強度為912MPa。
[0029]實施例2:
[0030]W-Cu合金(W55Cu45，wt%)采用對接真空釬焊，兩塊W-Cu合金試樣尺寸均為20mm X20_X 5mm，待奸焊面為20_X 5mm截面。
[0031]釬料的成分及質(zhì)量百分比為:Ag70.5%、Cu23%、Ti3.8%、Ni2.5%、B0.2%，釬料厚度為ΙΟΟμπι。
[0032]釬焊工藝步驟為:
[0033](I)準(zhǔn)備:對待釬焊的W-Cu合金和釬料進(jìn)行清理，采用5% HF、20% HNO3和75 % H2O溶液進(jìn)行酸洗，清洗W-Cu合金表面5min，采用W28、W14、W7、W3.5號金相砂紙對待焊W-Cu合金表面進(jìn)行打磨光滑和W5、W3.5號金相砂紙對釬料箔片表面進(jìn)行打磨，除去表面的雜質(zhì)、油污以及氧化膜，將W-Cu復(fù)合材料和釬料箔片置于丙酮中，采用超聲波清洗lOmin，并進(jìn)行干燥處理；
[0034](2)裝配:將清洗后的釬料箔片置于W-Cu合金待焊表面之間，并緊貼裝配于專用釬焊夾具中，利用尺寸為I X5mm的鋼?？刂柒F縫間隙為30μπι，確保連接的精度，在夾具上放置額定質(zhì)量的壓頭并施加適量的壓力，產(chǎn)生0.1OMPa的恒定垂直壓力；
[0035](3)釬焊連接:將裝配好的夾具整體置于真空度不低于1.5X10—3Pa的釬焊設(shè)備中，首先以15°C/min的速率升溫至300°C，保溫15min，再以10°C/min的速率繼續(xù)升溫至600°C，保溫時間lOmin，再以10°C/min的速率繼續(xù)升溫至釬焊溫度860°C，保溫時間30min，再以5°C/min的速率冷卻至700°C，保溫時間5min，最后通入氬氣，以50°C/min的速率冷卻至250°C，隨爐冷卻至室溫，完