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真空扩散焊接技术从40年代至今,已成为极具发展性的焊接技术。最初出现在电子工业中的钎焊铜和不锈钢的部件后来也应用于航空工业、核能工业,1959年开始应用于制造不锈钢的板翼式热交换器。目前广泛应用于空气分离设备、石油化工厂、建筑机械、车、船、家电等工业部门的板翼式换热器和冷却器。真空扩散焊接技术具有无可比拟的优点,因此近几十年得到了快速的发展和广泛的应用。
一、真空扩散焊的优点
1.真空扩散焊,不使用软钎料,显著提高产品的耐腐蚀性,免除各种污染、无公害的处理设备费,有良好的安全生产条件
2.真空扩散焊不仅节约了大量昂贵的金属钎料,而且不需要复杂的钎料清洗工序,降低了生产成本
3.真空扩散焊料的润湿性和流动性良好,可以焊接更复杂狭窄通道的器件,真空扩散焊料可以提高产品的成品率,得到坚固清洁的工作面
4.与其他方法相比,炉子内部结构及夹具等寿命长,能够降低炉子的修理费用
5.适合真空扩散焊接的材料很多,例如铝、铝合金、铜、铜合金、不锈钢、合金钢、低碳钢、钛、镍、Inconei等可以在真空电炉中钎焊,设计者根据钎焊装置的用途确定所需材料其中铝和铝合金应用最广泛。
二、真空扩散焊的应用
1.真空扩散焊接在航空发动机上的应用
在国外,美国普惠公司的JT9D发动机蜂窝状闭锁环是用真空扩散焊接环部件和蜂窝状夹层制造的。该发动机的燃料总管由主管和多个支管、喷嘴用真空扩散焊组成,该发动机的不锈钢热交换器由300根以上的不锈钢管、隔板、壳体用真空扩散焊组成,JT8D发动机12、13级压缩机静子环采用真空扩散焊制备内外环和数十个叶片。美国GE的发动机箱是将240多个0.25~0.7mm厚的柯尼卡合金部件分为3个阶段进行真空扩散焊接而成的。在国内,沈阳黎明发动机公司、成都发动机公司分别对静子环进行真空扩散焊接,用于海军飞机。成都发动机公司对燃料原管进行真空扩散焊接,并通过发动机试运行。
真空扩散焊接电炉是航空发动机制造中的主要钎焊设备,美国有200多台真空扩散焊接炉。在国内,黎明发动机制造公司、成都发动机公司、北京航空技术研究所在70年代分别研制了中型单室真空扩散焊接炉。北京航空技术研究所1964年与天津电炉厂合作开发了半连续式真空扩散焊接炉,西安航发动机公司与易卜生公司的卧式真空电炉(炉身尺寸910×610×610mm),北京民航Amico公司为易卜生公司钟罩式真空扩散焊接电炉(炉身尺寸2300×1300mm),进口的炉子均为微机控制温度、程序自动控制。目前,国内数家公司已研制出可由微机进行温度控制、由程序自动控制的大型高温真空扩散焊接电炉。
2.真空扩散焊在工程机械上的应用
真空扩散焊中小钎头为一例,中小钎头广泛应用于冶金、地质、煤炭、水利、铁路、军工等建设事业。据统计,1978年全国共消费中小蜡头约1万只,但目前使用量更大,对国民经济建设起到了重要作用。
西北矿冶研究所1978年开始研制真空扩散焊中小钎头,1980年通过冶金部技术鉴定,80年代已有年产10万只中小钎头的生产线,产品供应全国上百家矿山。该所生产的矸头还在大庙铁矿、湘东钨矿、南京梅山铁矿、红透山铜矿、华铜铜矿等地进行了数十次试验。钻探不同类型的矿岩,经受了坚硬的花岗岩、难以钻探的角岩以及坚硬磨损性强的块状磁铁矿格里克岩等的考验。φ42mm十字形钎头与瑞典同型钎头现场进行了开挖花岗岩对比试验,平均使用寿命超过100m,达到瑞典钎头水平,据调查,使用寿命提高1~1.5倍,给用户带来了显著的经济效益。
3.真空扩散焊在车、船上的应用
真空扩散焊接的板翼式油冷却器用于汽车和船。板翼式油冷却器具有传热效率高、结构紧凑、重量轻等特点,是目前柴油机冷却器的换代产品,广泛应用于汽车、拖拉机、船用柴油机等领域。我国生产这种板翼式油冷却器的厂家为数不多,而且全部采用银铜合金焊接,每台要消耗150克银,而采用无银铜真空扩散焊接工艺制作的冷却器,不仅为国家节约了大量珍贵的银气密性好,钎焊产品经过10kg·f/cm2的气压试验,无泄漏或泄漏现象,清洁度高,表面光泽好,在柴油机上使用,其传热性能达到机械工业部公布的t·柴油机板翼式水冷机油冷却器“的规定指标,在水中浸泡115小时表面无锈蚀,大大降低了生产成本。1984年捷克从英国引进小型连续真空扩散焊接电炉生产斯库特卡车上的散热器,年产量在1万台以上。1971年,美国福特汽车公司开始采用真钎焊技术来生产铝制散热器的核心部分。1984年生产的汽车散热器中,铝制占20%,随后对旗下两厂生产的铝散热器生产线进行技术改造,经技术改造估计1985年达300万台。福特公司之所以想对生产线进行技术改造,是因为铝散热器重量轻、换热性能好。因此,在福特汽车制造的客车、轻型卡车、带蓬载重的汽车中,使用铝制散热器的量占90~95%。古河铝工业在铝、锌、锰中添加0.2~0.3%钙的合金——真空扩散焊接汽车热交换器散热片用的新型合金(CF系列)正在大量生产。可作为热交热器的散热器用,新合金提高了耐腐蚀性和使用寿命。据推测,汽车热交换器用铝材中,欧洲占80~90%,美国占50%,日本占15%。因此,日本古河铝工业公司推出CF系列新型铝合金,必将对日本汽车热交换器铝材料化起到促进作用。目前,一辆轿车采用真空扩散焊的零部件有20多处,可见真空扩散焊技术的作用大小、效果好、应用广泛。
4.真空扩散焊接在空气分离装置上的应用
用于空气分离装置的板翼式换热器主要用于制造氧、氮、氩、稀有气体。以前主要采用盐浴浸渍钎焊制造板翅式换热器,该工艺不仅能耗大、工艺过程复杂,而且腐蚀性强、环境污染严重、生产成本高、产品寿命低。由于真空扩散焊接比盐浴钎焊具有更多的优点,因此有代替盐溶钎焊而开发真空扩散焊接的倾向。1991年杭州制氧机厂引进美国斯图尔特沃纳公司大型真空扩散焊接炉和铝制板翼式换热器设计制造技术,可钎焊换热器1200×1200×6000mm,工作压力最高可达8.4MPa。杭州制氧机厂首台真空扩散焊接涡轮型氧压机叶轮,以14500、16000、18060r/min三级转速试验,分别进行了3分钟超速试验,但只有一根钎焊质量差的叶片发现接缝脱落,其余部分均良好整个叶轮还没有完全损坏。真空扩散焊接叶轮的成功,大大提高了该厂窄流道叶轮的制造精度,因此不仅保证了设计性能指标,降低了制造成本,同时缩短了生产周期。真空扩散焊接叶轮制造技术的突破,将对推动我国空分设备行业技术进步发挥重要作用。由于真空扩散焊具有诸多优点,英国马尔斯顿公司于1983年底关闭了盐浴钎焊炉,但采用英国康萨克公司生产的FVB-114-120-240大型真空扩散焊炉生产了低温热交换器。
5.石油化工中真空扩散焊板翅式换热器的使用
在石油化工中广泛应用真空扩散焊接制造的板翼式换热器,如:(1)石油化工炼油厂气体回收,(2)日煤气、焦炉煤气的分离与回收,(3)日煤气、油气液化。板翼式换热器具有处理量大、分离效果好、能耗低、纯度高等优点。因此,世界各国都非常重视真空扩散焊接板翅式换热器技术的发展。
6.真空扩散焊接技术在金刚石工具上的应用
钎焊金刚石工具又分为套焊和妊娠套两种,套焊工具是将金刚石直接钎焊在基体表面孕镶工具将金刚石和其他材料烧结成复合体金刚石复合体的烧结过程实质上是金刚石与基体材料之间的扩散钎焊过程。金刚石工具的钎焊分为单层金刚石工具的钎焊、金刚石芯片的钎焊和PDC复合片的钎焊3种。有真空扩散焊、高频钎焊、火焰钎焊等方式,目前广泛应用于石材工具、木工工具、航天军工等多个行业。
7.真空扩散焊接技术在其他方式中的应用
真空扩散焊接技术用于机车散热器、压缩机中冷器、氟利昂和烷烃、烯烃类冷却系统、钻井机油冷却器、燃气轮机回热器、大功率变压器散热器以及家用电器的应用,如真空扩散焊接家用空调机和各电暖器的热交换器芯棒。