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带钛合金零件的导管除焊药工艺研究

发布日期:2018-12-05  浏览次数:52
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  [摘  要]目前钎焊后的导管除焊药工艺采用含有氟离子的浓碱溶液和含有氟离子的三酸溶液,对于含有钛合金螺帽等零件的导管只能采用串动保护的方法,存在使合金零件过腐蚀的风险看,且对于无法串动的零件无法进行除焊药工序。本文介绍了一种含有硫酸钾的不含氟的溶液去除带钛合金零件的导管钎焊后的焊药,消除了传统的除焊药工艺容易导致钛合金零件过腐蚀、去除程序复杂等缺陷。
  [关键词]钛合金;钎焊;除焊药
  0 前言
  发动机外部有大量的钎焊导管,起到标志、通油、通气等作用。钎焊和补焊的导管大多需要进行除焊药工艺。导管及其上的零件材料多为碳钢或不锈钢制造的,随着发动机的更新换代,导管的焊管、连接螺帽、接头和安装座的材料开始使用钛合金材料制造,沿用传统的除焊药工艺是不适合的,因工艺中的除焊瘤、腐蚀、除沉渣等主要槽液中都含有对钛合金及阳极化膜具有较强浸蚀作用的氟离子,只能采用串动保护的方法,存在使钛合金零件过腐蚀的风险,且对于无法串动的零件无法进行除焊药工序,因此需研究一种适合于带钛件的导管除焊药工艺。
  1 试验
  1.1 试验材料
  采用ф5×1 、ф8×1的1Cr18Ni9Ti导管试样及30×30的BT20、TC6、TC1钛合金试样。两种规格的导管采用焊丝Bcu68NiSiB(HL-4)钎焊后待用,钛合金零件进行丙酮擦拭除油后待用。
  1.2 失重试验
  对采用极限参数除焊药前后的钛合金基体、钛合金阳极化膜、不锈钢基体、钎焊焊丝分别进行失重、失光检测,验证溶液对上述材料的影响。
  1.3 氢含量检测试验
  利用BT20材料的试样,分别检测除焊药前后的氢含量,确定溶液对基体氢含量的影响。
  1.4 钛合金膜层厚度、硬度、形貌对比试验
  利用阳极化后的钛合金试样,分别检测除焊药前后的膜层厚度、硬度、显微形貌,确定溶液对钛合金膜层的影响。
  2 结果与讨论
  2.1 工艺优选试验
  在硫酸钾+硫酸溶液基础上确立试验指标,列出可能影响指标的因素即溶液配比、溶液温度、浸泡时间。通过L9(略)正交试验,将焊药的去除情况、基体失光情况、溶液的反应情况为考核指标,获得了合适的工艺控制条件,温度:(40-60)℃,时间:≤2h。
  2.2 溶液对钛合金材料、钛阳极化膜及导管基体的失重试验
  将钛合金试样、阳极化后的钛合金试样、导管基体放在50℃的上述试验溶液中,浸渍2h,观察表面失光、失重情况,试验结果见表1:
  表中几项微量的失重和增重认为是称量误差;重熔试样的焊丝微量失重是因为焊丝经高温熔融后表面形成铜的氧化物,在含有硫酸的溶液中氧化铜被溶解而造成。从上表可看出,在有效、快捷去除焊药的前提下围绕导管上所带钛件材料BT20、TC6、TC1来试验,通过失重、失光试验表明钛合金在硫酸钾+硫酸的混合液中,在50℃下浸渍2h后无任何变化,即此除焊药溶液对导管所带的钛合金材料无浸蚀作用。由于导管上的连接钛螺帽采用了脉冲阳极氧化工艺,对钛合金阳极氧化膜进行了较系统、仔细的试验。从钛阳极化膜的失重试验可见,钛阳极化膜不失重,此除焊药溶液对钛合金阳极化膜无影响。通过对导管基体材料1Cr18Ni9Ti的浸渍试验可以看到,试验溶液对基体无失光、失重现象。在对钎焊试样浸渍试验过程中,因为试样表面经高温钎焊产生氧化物,故能观察到在焊药去除的同时会伴随着不同程度的气体析出现象,反应源经放大镜仔细观察是在黑色焊药烧结物上,分析可能是此处不锈钢表面富的自然氧化膜被高温下活性焊药破坏,并被玻璃状烧结物覆盖,当玻璃状焊药被溶解的同时,金属氧化物、金属与溶液中硫酸发生如下化学反应:
  Fe2 O3 +3 H2 SO4= Fe2(SO4)3 +3H2O
  Fe3 O4 + 4H2 SO4= Fe2(SO4)3 + Fe SO4 +4H2O
  Fe + H2 SO4= FeSO4 + H2↑
  对钎焊用焊丝和重熔焊丝的浸渍试验,证实此除焊药溶液对Bcu68NiSiB (HL-4) 焊料不产生浸蚀作用。重熔焊丝有规律的微量失重是加热后焊丝中铜的氧化物被去除的原因。
  2.3 氢含量检测试验
  将阳极化后的BT20钛合金试样在55℃的试验溶液中,浸渍2h,测定除焊药前后氢含量,试验结果见表2:
  表中两试样为同一张板材,未浸渍空白试样氢含量略高百万分之十可能为检测误差。
  由上表可看出,钛合金在除焊药溶液中浸渍2h后,钛合金基体无增氢现象。
  2.4 钛合金阳极化膜厚度、硬度、形貌对比试验
  将阳极化后的BT20钛合金试样在55℃的试验溶液中,浸渍2h,测定除焊药前后膜层厚度、硬度、形貌显微变化情况,试验结果见表3。
  从上表可得出,通过金相显微试验表明膜层厚度、硬度、微观形貌都没有出现任何变化,除焊药溶液对钛合金阳极化膜层厚度、表面硬度及表面形貌无影响。
  3 结论
  带钛件的不锈钢导管钎焊后去除焊药可在含有硫酸钾和硫酸的溶液中进行,此溶液可将导管焊药去除干净,同时对1Cr18Ni9Ti导管基体和焊料基本无浸蚀、不失光、不失重;对钛合金材料不产生化学变化,无失光、失重和增氢现象,对钛合金阳极氧化膜的厚度、硬度无影响,微观形貌无变化和无失重、变色现象。
  参考文献:
  1.邓键,钎焊,机械工业出版社
  2.关中原,钎焊指南,美国焊接协会钎焊委员会编
  3.戴安邦,无机化学教程,人民教育出版社

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