钎焊工艺及材料改变的影响

 
 
 
 
钎焊工艺对冷却器结构振动疲劳寿命的影响主要是指钎焊温度和保温时间对钎焊圆角部位组织、母材溶解程度以及晶粒度的影响。经过实验研究，有如下结论。
当钎焊温度升高，保温时间延长时，钎焊圆角中化合物相有所减少，从片状分布过渡到网状分布，并且镍铬硅化合物相增加，硅化镍相减少，但钎焊圆角根部仍然存在化合物相，在受到较大应力的情况下，仍然有在此萌生疲劳裂纹的可能。另外，随钎焊温度升高和保温时间的延长，母材的溶解厚度增加，晶粒度增大，疲劳寿命下降。实验结果说明通过改变钎焊工艺来提高冷却器振动疲劳寿命是不可行的。针对这种情况，以及从降低成本、提高钎焊炉使用寿命方面考虑，公司决定用低熔点钎料代替BNi-5钎料进行生产。含磷钎料由于添加了磷元素，使其熔点大大降低，是镍基钎料中熔点的钎料，钎焊不锈钢时不会发生晶粒长大的现象，润湿性和流动性好，不会造成母材溶蚀等。在实验排除了BNi-6和BNi-7钎料应用可行性的基础上，公司引进了一种新的镍基含磷钎料，牌号为XHBNi-5。

钎缝中各种组织的形成与界面元素的扩散密切相关，P元素除了在化合物中含量较大以外，在镍基固溶体中及母材中含量都很小，因为P几乎不溶于镍基固溶体，向母材的扩散作用又很弱，所以钎缝中的磷元素几乎全部用来形成化合物及共晶组织，这就是XHBNi-5钎焊不锈钢接头中含有大量的化合物相的原因。Si元素向母材中的扩散距离也很短，在1080℃下保温15min的钎焊规范下，Si在母材中的扩散深度只有10μm左右，但由于钎料含Si量少，只有4%，所以Si在钎缝中几乎全部存在于镍基固溶体中，对钎缝脆性影响不大。由图中成分曲线可以看出，Fe在钎缝中有一定程度的溶解，在钎缝中央位置，含量仍然可以达到10%左右，Fe的适量溶解可以使钎缝金属合金化，提高钎缝的力学性能，但Fe的过渡溶解将使钎缝中生成磷铁和铁镍化合物，增大钎缝的脆性。降低钎料的熔点减少了Fe的溶解量，相应减少了磷铁和铁镍化合物的生成量。

考虑到这种新钎料使用的可行性，我们对其进行了一系列的试验研究，包括润湿性和流动性、母材溶解厚度和强度变化，以及相应的可靠性试验等（所有实验件的钎焊规范均是1080℃下保温15min）。润湿性试验表明，XHBNi-5钎料对不锈钢具有良好的润湿性，润湿角小于10º。流动性试验表明，XHBNi-5钎料的流动性优越，在不锈钢上的流动距离达到23mm，接近BNi-7钎料的流动能力。而且，相对于BNi-5，XHBNi-5钎料的熔点下降了100℃左右，这一定程度上降低了母材的溶解厚度，提高了钎焊接头的疲劳寿命。较低的钎焊温度也将降低奥氏体不锈钢晶粒的长大程度，在1080℃/15min的工艺规范下钎焊后，不锈钢的晶粒度增大到6.2级，强度为510MPa，较BNi-5钎焊规范下钎焊后母材强度少降低13MPa。

在对新钎料使用可靠性的研究中，根据客户要求，分别对四个EGR冷却器仿真件进行了振动试验和冷热冲击试验。试验结束后在规定压力和时间下试压，产品未发生泄漏，说明新钎料通过了振动试验和冷热冲击试验测试。实验证明，XHBNi-5钎料具有良好的润湿性和流动性，对母材溶解量小，在其钎焊规范下，母材晶粒长大程度小，强度下降减少；而且用这种钎料钎焊的EGR冷却器仿真件通过了振动和冷热冲击试验测试，说明XHBNi-5钎料具有实际应用的前景。然而，由于钎料中含有一定比例的磷元素，在钎焊接头中形成了大量的的镍铬磷化合物及共晶相，这种组织的强度和脆性以及对钎焊接头力学性能的影响需要进一步研究，才能最终确定这种新钎料使用的可行性。//www.auto-fm.com