曹 勇，畢 華

中航工業(yè)無錫馬山永紅換熱器有限公司，江蘇無錫 214092

0 引言

鋁制板翅式換熱器是一種新型高效換熱設(shè)備。它以結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小和傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、化肥、空分設(shè)備、天然氣液化等各個(gè)領(lǐng)域。板翅式鋁散熱器的傳統(tǒng)制造工藝是鹽浴釬焊。由于鹽浴釬焊焊后釬劑清洗工藝復(fù)雜，殘留的氯鹽對(duì)釬焊件會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，降低了被釬焊件的可靠性。而無釬劑鋁真空釬焊技術(shù)，徹底解決了氯化物基釬劑對(duì)鋁的腐蝕性問題。因此真空釬焊技術(shù)在板翅式鋁散熱器制造工藝中得到迅速的發(fā)展。本文以鋁合金復(fù)合板真空釬焊為例，對(duì)板翅式換熱器試件制備、試件的檢驗(yàn)方法和在什么情況下需要對(duì)板翅式換熱器重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定進(jìn)行了探討，為板翅式換熱器的制造及檢驗(yàn)提供參考。

1 試件的制備

試件采用鋁合金復(fù)合板進(jìn)行制備，復(fù)合板表面涂有釬料層。首先應(yīng)對(duì)復(fù)合板的化學(xué)成分、釬料層厚度、力學(xué)性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，保證材料符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；試件的厚度的評(píng)定適用范圍為0.5T～2T；試件的數(shù)量和尺寸應(yīng)滿足制備試樣的要求；施焊人員必須是本單位技能熟練的焊工，焊接設(shè)備和儀表處于正常工作狀態(tài)，焊工按預(yù)焊接工藝規(guī)程中的釬焊參數(shù)進(jìn)行釬焊。

試件施焊完畢，經(jīng)外觀檢驗(yàn)和無損檢驗(yàn)后，允許避開缺陷制取試驗(yàn)試樣。

2 試件的檢驗(yàn)

釬焊試件的檢驗(yàn)一般包括釬縫的外觀檢驗(yàn)、無損檢驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。

外觀檢查要求釬焊接頭外露端的周圍均應(yīng)顯示有釬料的存在，釬縫無未釬滿，不允許有裂紋及穿透性氣孔、針孔；由于溶蝕而引起的母材減薄量應(yīng)不大于母材厚度的10%（母材厚度不包括釬料層的厚度）。

無損檢測(cè)采用X-射線檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。適用于外觀檢測(cè)無法判斷質(zhì)量的釬焊件或設(shè)計(jì)圖中指出需做X-射線檢驗(yàn)的釬焊件。X-射線檢驗(yàn)試件內(nèi)部釬著率即釬焊接頭中實(shí)際釬著的釬焊面積與應(yīng)該釬焊的總面積的比率應(yīng)大于80%。

釬焊接頭的金相試樣一般在釬縫的橫截面制取，在浸蝕之前，可用肉眼或放大鏡（顯微鏡）觀察，查明釬縫是否有未釬透、夾雜、氣孔和裂紋等缺陷。試樣經(jīng)過浸蝕后，在顯微鏡下放大100倍～1 500倍，觀察釬縫區(qū)的微小缺陷、釬縫、擴(kuò)散區(qū)以及母材金屬的組織結(jié)構(gòu)。釬縫中金相組織應(yīng)細(xì)密一致，各個(gè)相擴(kuò)散均勻，不允許存在裂紋及過燒組織。

3 釬焊工藝評(píng)定試驗(yàn)

真空釬焊工藝評(píng)定試驗(yàn)主要參考了美國(guó)ASME鍋爐與壓力容法規(guī)第Ⅸ卷“焊接與釬焊評(píng)定”標(biāo)準(zhǔn)中釬接篇的規(guī)定以及真空釬焊的相關(guān)資料進(jìn)行。真空釬焊一般為搭接接頭，其工藝評(píng)定試驗(yàn)包括：拉剪試驗(yàn)、切片試驗(yàn)。試樣采用0.8mm厚的鋁合金復(fù)合板釬焊搭接接頭試件的評(píng)定試樣項(xiàng)目、材料評(píng)定的厚度覆蓋范圍及規(guī)定的試樣數(shù)量如表1所示。

表1 搭接接頭試件的評(píng)定項(xiàng)目及規(guī)定試樣數(shù)量

3.1 工藝評(píng)定試樣

工藝評(píng)定試驗(yàn)有拉剪試樣、切片試樣。試樣的尺寸及形狀如圖1和圖2所示。

圖1 拉剪試樣

圖2 切片試樣

3.2 評(píng)定試驗(yàn)合格指標(biāo)

在拉伸試驗(yàn)中，拉伸試樣的拉伸強(qiáng)度應(yīng)不低于母材的最低抗拉強(qiáng)度，對(duì)于1、3、5系列鋁合金的最低抗拉強(qiáng)度為其退火狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度下限值，對(duì)于6系列鋁合金母材的抗拉強(qiáng)度最低值見表2[1]；切片試驗(yàn)中，試樣的每個(gè)側(cè)面分別計(jì)算，各側(cè)面的未釬區(qū)的總長(zhǎng)度不得超過搭接接頭長(zhǎng)度的20%[2]。

表2 6系列鋁合金規(guī)定的抗拉強(qiáng)度最低值

6061（T4焊、T6焊） 162 6063 （T5焊、T6焊）118

4 重新評(píng)定的要求

當(dāng)釬焊縫不滿足檢驗(yàn)及性能試驗(yàn)要求時(shí)，應(yīng)重新編制釬焊工藝，再進(jìn)行工藝評(píng)定，直到工藝評(píng)定合格為止。焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，當(dāng)影響焊縫力學(xué)性能的因素發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)對(duì)焊接工藝重新進(jìn)行工藝。對(duì)于真空釬焊工藝中某些影響釬焊質(zhì)量的工藝因素發(fā)生變化時(shí)也應(yīng)重新進(jìn)行工藝評(píng)定，具體情況包括：1）母材種類的改變。當(dāng)母材從1、3、5系列鋁合金改變?yōu)?、7系列鋁合金時(shí)，母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能及焊接性能都發(fā)生很大變化，釬焊工藝評(píng)定應(yīng)重新進(jìn)行；2）釬焊溫度。釬焊溫度過高，容易出現(xiàn)溶蝕、過燒及脆性化合物等問題的出現(xiàn)；溫度過低，釬料的流動(dòng)性不佳，容易造成虛焊，因此溫度改變會(huì)對(duì)釬焊質(zhì)量造成影響，需重新評(píng)定；3）釬焊保溫時(shí)間。保溫時(shí)間包括穩(wěn)定階段的保溫時(shí)間及高溫段的保溫時(shí)間，穩(wěn)定階段的保溫時(shí)間為了減少換熱器內(nèi)外的溫度梯度，避免內(nèi)部釬料向表面高溫處流動(dòng)，造成釬料流失；高溫階段的保溫時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，會(huì)影響釬料向母材的擴(kuò)散，容易產(chǎn)生虛焊、溶蝕、晶間腐蝕及各相擴(kuò)散不良等現(xiàn)象，還會(huì)影響換熱器的焊后尺寸。因此保溫時(shí)間變化應(yīng)重新評(píng)定焊接工藝；4）真空度。鋁合金表面的氧化膜可在高真空下自行分解，真空度發(fā)生變化時(shí)會(huì)影響釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕及流動(dòng)，也會(huì)影響母材及釬料中合金元素的揮發(fā)，因此也需重新評(píng)定；5）冷卻速度。冷卻速度影響母材晶粒的大小及釬料中合金結(jié)構(gòu)的細(xì)化程度，從而影響釬焊縫的性能，因此需重新進(jìn)行工藝評(píng)定[3]。

5 結(jié)論

本文通過制備評(píng)定試件，對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢測(cè)、X-射線檢測(cè)及金相檢測(cè)，通過拉伸試驗(yàn)及切片試驗(yàn)檢驗(yàn)釬縫的力學(xué)性能及致密程度，從而驗(yàn)證釬焊工藝的合理性。當(dāng)鋁合金母材的改變時(shí)以及釬焊工藝參數(shù)中的釬焊溫度、釬焊保溫時(shí)間、真空度、冷卻速度改變時(shí)，釬焊工藝需重新進(jìn)行評(píng)定。

[1]NB/T 47014-2001.承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].北京：國(guó)家能源局，2011.

[2]ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范Ⅸ卷焊接和釬接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)2004版[S].ASME鍋爐及壓力容器委員會(huì)焊接分委會(huì)，2004.

[3]張啟運(yùn)，莊鴻壽.釬焊手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

[4]《航空制造工程手冊(cè)》總編委員會(huì)主編.航空制造工程手冊(cè)：焊接[M].北京：航空工業(yè)出版社，1997.

[5]張學(xué)軍主編.航空釬焊技術(shù)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008.