不锈钢板翅结构真空钎焊工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢板翅结构真空钎焊工艺，先在隔板上放一翅片，再在其上放一隔板，翅片和隔板之间放置钎料箔片，然后两边以边缘封条密封而组成一个基本单元；根据设计需要将多个基本单元层层叠置，再用专用夹具装夹牢固并施加压力后，放入真空钎焊炉中；首先将钎焊炉抽真空；然后将不锈钢板翅结构加热到８５０～８７０℃，保温；再将不锈钢板翅结构加热到钎焊温度１０７０～１１００℃再保温；再从钎焊温度１０７０～１１００℃采用真空缓慢自冷到６２０～６４０℃，然后向炉中充氮气，启动风机，使结构冷却到４０～６０℃后出炉，制成不锈钢板翅结构。采用此钎焊工艺，获得的不锈钢板翅结构具有良好微观组织和较高强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种不锈钢板翅结构的真空钎焊工艺，属于耐高温不锈钢板翅式 换热器领域。
技术介绍
不锈钢板翅结构是不锈钢板翅式换热器的核心部件，由翅片、隔板和封条等 钎焊而成。在翅片上下两端各放一金属平板(隔板)，隔板与翅片、封条之间预 置钎料箔片。钎料的熔点比母材低，在钎焊温度下钎料合金熔化而使翅片、隔板、 封条焊接成一个整体。它具有导热效率高、体积小、重量轻、耐高温、强度高等 特点，被运用在高温高压环境中，如燃汽轮机以及高温气冷堆发电等工业中。真空钎焊是制造不锈钢板翅结构的一种方法。张洪涛等介绍了不锈钢板翅式 换热器钎焊技术，但其并没有涉及具体的钎焊工艺。凌祥等研制了不锈钢板翅式 换热器的制造工艺，但是发现采用这种工艺所得的结构缺陷较多，强度较低。因 此，不锈钢板翅结构的钎焊工艺尚需进行优化。影响钎焊接头质量的因素很多， 如钎焊温度、钎缝间隙、保温时间、冷却速率等。由于镍基钎料BNi2具有相对 较低的液相线温度和较高的耐高温性能，同时能够使钎料具有良好的润湿性与流 动性，因此被用于本专利技术不锈钢板翅结构的真空钎焊。BNi2中含有硼和硅等元 素，在钎焊过程中会生成硼化物、硅化物等脆性的金属间化合物，使得接头强度 降低。而此类脆性化合物的形成与钎料厚度、钎焊温度、保温时间等因素又密切 相关，它们直接影响钎料与母材的相互作用过程。因此，如何获得最佳的钎焊工 艺参数，对于控制不锈钢板翅结构钎缝中金属间化物的形成、获得高质量的产品， 具有十分重要的意义。因此，本专利技术在大量钎焊试验、强度和微观组织观察等试 验的基础上，讨论各种工艺参数对强度和组织的影响，优化不锈钢板翅结构真空 钎焊工艺，获得了最优化的钎焊工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术所获结构缺陷较多、强度不高的 不足，在通过大量真空钎焊、强度、微观组织观察等试验的基础上，提出了一种适合不锈钢板翅结构的真空钎焊工艺。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为先设计一个钎焊工艺，对不 锈钢板翅结构进行真空钎焊，然后进行单轴拉伸试验和微观组织观察。在此基础 上，改变工艺参数进行钎焊试验，讨论工艺参数的变化对强度和微观组织的影响， 优化钎焊工艺。本专利技术的具体技术方案为 一种不锈钢板翅结构真空钎焊工艺，其具体步 骤如下先在隔板(金属平板)上放一翅片，再在其上放一隔板，翅片和隔板之 间放置钎料箔片，然后两边以边缘封条密封而组成一个基本单元；根据设计需要 将多个基本单元层层叠置，再用专用夹具装夹牢固并施加压力后，放入真空钎焊 炉中；首先将钎焊炉抽真空；然后分步加热，先将不锈钢板翅结构加热到850 870°C，保温，再将不锈钢板翅结构加热到钎焊温度1070 1100。C再保温；再从 钎焊温度1070 U00。C采用真空缓慢自冷到620 640°C，然后向炉中充氮气， 同时启动钎焊炉的风机，使结构冷却到40 60。C后出炉，制成不锈钢板翅结构。其中翅片和隔板材料均优选为奥氏体不锈钢(如304、 316L等)。钎料为镍 基BNi2，研究发现，钎料既不能太薄，也不能太厚。钎料太薄，生成的钎角面 积小，使得结构强度较低；钎料太厚，会生成较多的脆性化合物，使得接头强度 降低。经过优化，钎焊时钎料的厚度为95 110pm，使钎焊接头中间能够生成完 全的固溶体组织，结构强度较高。上述分步加热过程中先以升温速率为13 15.8。C/分钟，将不锈钢板翅结构 加热到850 870°C，保温30 40分钟；然后以升温速率为7.3 10°C/分钟继续 将不锈钢板翅结构加热到钎焊温度(1070 1100。C)，在钎焊温度下保温25 30 分钟。第一步此加热过程不能太快，其原因为缓慢加热可降低热应力，避免产生 热裂纹。加热到850 870°C,保温时间不能太短，其目的充分排除炉中板翅结 构在钎焊过程中挥发的杂质和气体，减少缺陷的产生。第二步加热过程不能太快， 其原因为缓慢加热可降低热应力，避免产生热裂纹。研究发现，钎焊温度不能太 低，也不能太高。钎焊温度太低，硼元素不能充分扩散，生成的脆性化合物较多， 使得结构强度较低；钎焊温度太高，会引起奥氏体不锈钢晶粒粗化'使得强度降 低。优化后的钎焊温度为1070 U00。C。将不锈钢板翅结构在钎焊温度下保温 25 30分钟，使钎料元素充分扩散。钎焊保温时间不能太长'也不能太短。研究发现，保温时间太短，硼元素来不及完全扩散，生成的脆性化合物较多，使得 强度较低；保温时间太长，使得母材过度溶解于钎缝，导致缺陷增加，同时太长 时间的高温暴露，使得界面出现溶蚀现象，从而降低结构强度。因此，优化后的 钎焊保温时间为25 30分钟。优化的不锈钢板翅结构的钎焊加热工艺曲线如图 2所示。使用本专利技术人设计的专用夹具，钎焊过程中夹具施加的压力为4 6MPa。 夹具压力不能太大，也不能太小。压力太小，板翅结构各组元不能充分接触，缺 陷增多，强度降低；压力太大，会使钎料流出钎缝而产生缺焊。经优化后的夹具 压力为4 6MPa。研究发现，采用快速冷却工艺，接头处会生成较多的裂纹，使得结构强度较 低。本专利技术采用两步冷却法，即从钎焊温度(扁 1100。C)到620 640°C， 采用真空缓慢自冷，目的是使钎焊接头在高温下利用蠕变松弛效应而释放部分残 余应力，防止产生裂纹，提高不锈钢板翅结构的强度；当温度达到620 640°C 时，向炉中充氮气，同时启动钎焊炉的风机，使结构冷却到40 60。C后出炉。 采用此两步冷却法，接头处不出现裂纹，结构强度较高。其中，所使用的夹具为本申请人所专利技术的不锈钢板翅式换热器芯体高温钎 焊专用夹具(申请号200810122637.2)。其中板翅结构的基本单元层数根据设 计需要而定。有益效果与现有技术相比，本专利技术的优点在于优化了不锈钢板翅结构的真空钎焊工 艺，保证了钎焊质量，获得了具有较高强度和优良微观组织的不锈钢板翅结构， 提高了产品服役的可靠性。附图说明图1为不锈钢板翅结构基本单元示意图，其中1为翅片，2为隔板，3为钎 料，4为封条。图2为优化的不锈钢板翅结构的钎焊加热工艺曲线图。图3为采用优化的工艺所获得的不锈钢板翅结构钎焊接头微观组织的电镜 照片。具体实施例方式以下结合实例对本专利技术作进一步详细介绍。实施例l: 一种不锈钢板翅结构，由翅片(1)、隔板(2)和封条(3)等组成。翅片和隔板材料均为304不锈钢，翅片厚度为0.2mm，隔板厚度为0.4mm。 钎料采用镍基钎料BNi2，钎料厚度为105^m。先在隔板(金属平板)上放一翅 片，再在其上放一隔板，翅片和隔板之间预置钎料箔片，然后两边以边缘封条密 封而组成一个基本单元(如图1所示)。将许多基本单元层层叠置，用本专利技术人 设计的专用钎焊夹具装夹牢固后，施加的压力为5MPa，放入真空钎焊炉，采用 真空钎焊的方法制成不锈钢板翅结构。 . 真空钎焊加热工艺由以下六个步骤组成第一步为抽真空阶段真空度为lxl(T3Pa。其目的是有效去除金属表面氧化 膜，提高表面润湿性；减少接头气孔、夹杂等缺陷。第二步为加热阶段为减小热应力，将不锈钢板翅结构缓慢加热到S50。C， 时间为60分钟，升温速率为14.1°C /分钟。第三步为保温阶段在850。C下，将不锈钢板翅结构保温30分钟，其目的 充分排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不锈钢板翅结构真空钎焊工艺，其具体步骤如下：先在隔板上放一翅片，再在其上放一隔板，翅片和隔板之间放置钎料箔片，然后两边以边缘封条密封而组成一个基本单元；根据设计需要将多个基本单元层层叠置，再用专用夹具装夹牢固并施加压力后，放入真空钎焊炉中；首先将钎焊炉抽真空；然后分步加热，先加热到８５０～８７０℃，保温，再加热到钎焊温度１０７０～１１００℃再保温；再从钎焊温度采用真空自冷到６２０～６４０℃，然后向炉中充氮气，同时启动钎焊炉的风机，使结构冷却到４０～６０℃后出炉，制成不锈钢板翅结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，巩建鸣，涂善东，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]