PDF《异种材料焊接接头热应力缓冲中间层的研究现状》

2 热应力缓冲中间层的研究现状 在各类异种材料焊接接头中, 由于陶瓷 / 钢、 钨/铜、 钨/钢等接头属于典型的线膨胀系数和弹性模量 均相差很大的异种材料接头, 接头的热应力相当大. 同时, 陶瓷、 钨等属于脆性材料, 对接头热应力特别 敏感, 对热应力缓冲中间层的要求非常高.因此, 下 面主要以陶瓷 / 钢、 钨/铜、 钨/钢等接头作为对象对 热应力缓冲中间层进行综述.

2 .

1 复层中间层 复层中间层应力缓冲效果明显, 并且工艺简单. 复层中间层组合形式很多, 常见的有软层+硬层、 软层+硬层+软层、 硬层+硬层等三种, 各层材料性能 及厚度对热应力松弛效果有很大影响. 复层中间层研究最多的组合为硬层+软层模 式, 硬层多使用纯钨或纯钼, 或是线膨胀系数小的镍 合金、 K o v a r合金等, 而软层可以是软质纯金属, 也 可以是合金钎料层.T r a v e s s a a [

5 ] 等采用钛+铜中 间层焊接 A l

2 O

3 陶瓷与3

0 4不锈钢, 有限元分析和 试验发现此中间层相对于单一的钛、 铜或钼中间层 更有利于缓解接头热应力, 接头强度达到6 5M P a . Z h o u等[

6 ] 同样采用有限元分析和试验相结合的方 法, 发现S i 3N

4 陶瓷 / 钢接头采用铜+钨中间层相对 于采用单一的钛、 铜、 钨中间层, 具有更小的接头热 应力和最高的接头强度.为了进一步加强钨硬层与 陶瓷的结合力, 可采用两步法进行 焊接.Z h o n g 等[

7 ] 在采用钨+镍中间层焊接S i C陶瓷和铁素体不 锈钢时, 先在1

6 0 0℃高温焊接S i C陶瓷和钨, 然后再 在较低温度下焊接形成S i C / 钨/镍/钢接头, 接头抗 拉强度达到5 5M P a .同样采用两步法, Z h o n g等还 以钨+铜为中间层实现了S i C陶瓷和钢的焊接[

8 ] . 为了降低焊接温度, 软层可采用合金钎料层, 硬 层以嵌在钎料层中的形式置入.张勇等[

9 ] 以钨片作 为硬层, 以镍基高温钎料作为软层焊接 G H

2 9

0 7合 金与碳纤维增强S i C陶瓷基复合材料, 发现钨片厚度 对接头接强度有重要影响, 当其厚1 . 5m m 时, 接头 ・

7 ・ 徐振钦, 等: 异种材料焊接接头热应力缓冲中间层的研究现状 四点抗弯强度达到最大值1

0 9M P a .H a o等[10]以钼 片作为硬层, 以银铜钛钎料为软层焊接 A l

2 O

3 陶瓷 和1 C r

1 8 N i

9 T i钢时, 也发现硬层钼片存在最佳厚 度(

0 . 1mm) , 并从界面应力和界面组织两方面论述 了硬 层钼片促进接头强度提高的原因.K a l i n 等[11]焊接钨和钢时, 在镍基非晶钎料( 厚度3 5~

4 0μ m) 接头中置入一块厚0 . 5mm、 线膨胀系数只 有6 .

0 *

1 0 -

6 ℃-

1 的铁镍合金, 焊后热震测试( 加热

7 0 0℃保温2 0m i n , 然后在水中激冷)

1 0 0次没有发 现任何裂纹.文献[

1 2 ] 则主要利用金属钽的低线膨 胀系数(

6 . 6~8 .

0 ) *1

0 -

6 ℃-

1 , 设计了钛基钎料+ 厚1

0 0μ m的金属钽+铁基钎料的软+硬+软中间 层来焊接钨与钢.对钎焊接头热震(

7 2

0 ℃空冷至

2 0℃)

3 0次, 接头没有出现裂纹[

1 2 ] . 除上面软硬结合的复层中间层外, 还有少量研 究采用硬层+硬层结构形式, 其目的是为了加强接 头的耐高温性能.T r a v e s s a a等[5]采用钛+钼中间 层焊接 A l

2 O

3 陶瓷和3

0 4不锈钢, 但应力缓冲效果 不如钛+铜中间层, 接头强度为2