[发明专利]一种大间隙钎焊用金属粉末填充方法

说明书

一种大间隙钎焊用金属粉末填充方法，其技术要点是：选用化学成分与基体相同或相近的金属粉末填充钎焊间隙，该间隙的填充方式为分三层填充，三层填充为底层填充和中间层填充及上层填充，底层填充粉末中的低熔点组分含量为0%～15%，中间层填充粉末中的低熔点组分含量为20%～40%，上层填充粉末中的低熔点组分含量为80%～100%，底层填充粉末占比不低于50%，中间层填充粉末占比不高于37.5%，上层填充粉末占比不高于25%；采用该技术方案，在钎焊过程中来自上层的液态低熔点组分向底层流动，使得高熔点组分颗粒发生重排，小的固相颗粒溶解于液相并在达到饱和后重新以细小晶粒析出，实现接头致密化所需的液相数量更少。

技术领域

本发明涉及航空材料加工焊接方向技术领域，具体的说是一种大间隙钎焊用金属粉末填充方法。

背景技术

常规钎焊是利用毛细现象使液态钎料流入并停留在接头间隙内，而间隙大小对钎料填充和接头性能有至关重要的影响，因此在焊前零件装配时要求钎焊间隙必须低于0.15mm，通常保持在0.04～0.08mm的范围内。但是对于结构复杂且难于机加工的铸造镍基高温合金和钴基高温合金零件，在制造和修复时要保证这样的装配间隙是非常困难的，特别是对于因开裂而报废的难焊高温合金零件，由于裂纹表面生成致密的氧化膜，钎料难以润湿铺展。裂纹清理采用机械打磨方法，清理后的间隙通常大于1mm，间隙无毛细作用，熔融钎料不能停留并填充间隙，因此难焊的铸造高温合金零件必须采用大间隙钎焊方法进行焊接修复。

大间隙钎焊是指在钎焊间隙大于1mm、常规的毛细作用无法实现的情况下，通过在间隙内预置钎焊填充材料，并在低于基体熔化温度的条件下加热形成致密冶金结合的一种焊接方法。大间隙钎焊填充材料通常由两部分组成：一部分是熔点较低的合金粉末，称低熔点组分，即常规钎料；另一部分为熔点较高的合金粉末，称高熔点组分。在钎焊温度下填充材料中的高熔点组分不熔化但发生固化烧结，因此大的钎焊间隙被桥接为具有毛细作用的小钎焊间隙。同时填充材料中的低熔点组分在钎焊温度下熔化形成液相，润湿并填充固态母材与高熔点粉末间的间隙，最终形成致密冶金结合。

由于大间隙钎焊填充材料中的低熔点组分通常含有B、Si等降熔元素，在钎缝中易形成脆性的金属间化合物相。而化合物的数量、尺寸、形貌和分布直接决定了钎焊接头的强度和塑性。因此如何优化大间隙钎焊填充材料中低熔点组分与高熔点组分的比例，从而控制接头中的脆性化合物分布并改善接头力学性能，是大间隙钎焊修复能否成功的关键。

在现有技术中的间隙填充方式通常为高熔点和低熔点组分粉末混合后填充、高熔点组分和低熔点组分分层填充的方式，但该方法在应用于深窄裂纹修复时具有一定的局限性。

在粉末填充方式上，现有的大间隙钎焊技术通常采用高熔点组分和低熔点组分混合的方式形成膏状填料，之后填充钎焊间隙，如图1所示；为避免因局部低熔点组分含量不足而导致接头形成疏松和孔洞缺陷，在粉末占比上，低熔点组分含量通常不低于50%；但是，由于大量低熔点组分的引入，大间隙钎焊接头中B、Si等非金属元素含量显著高于基体，在接头中形成尺寸较大的块状或链状脆性化合物，即使长时间保温扩散也难以消除，最终导致接头力学性能显著低于基体。

为提高接头力学性能，应尽可能减少填充粉末中低熔点组分的含量，但是在低熔点组分含量较少的条件下，由于填充粉末比表面积大，液态低熔点组分在毛细力的作用下，优先在高熔点粉末颗粒间润湿铺展并使填充粉末发生团聚收缩，最终因基体与填充粉末收缩不一致而导致在粉末与基体界面形成较大的间隙，形成界面未焊合缺陷。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种大间隙钎焊用金属粉末填充方法。

一种大间隙钎焊用金属粉末填充方法，选用化学成分与基体相同或相近的金属粉末填充钎焊间隙，该间隙的填充方式为分三层填充。

进一步地，三层填充为底层填充和中间层填充及上层填充。