钎焊典型铝钛结构的分析介绍

铝钛导管结构在航空航天、石油化工以及其他国民生产领域中存在广阔的应用前景。常用的铝钛导管钎焊连接结构，一般采用的铝合金是3A21、6063等，钛合金包括TA2、TC4等。连接方式为插接结构，铝合金为外套管，钛合金为内插管。

采用真空钎焊工艺钎焊铝合金与钛合金导管^[8]，钛合金TC4导管外径为8mm，内径为6mm；铝合金3A21导管外径为10mm，内径为6mm；搭接部位铝合金的内径为8mm，深度为3mm；装配间隙为0.04～0.1mm。钎料选择为Al-11.5Si-0.5Mg钎料，真空度为（3～5）×10^-3Pa，钎焊温度为600～610℃，钎焊时间为3～5min。

钛合金表面未做任何处理与铝合金直接钎焊，钎料与钛合金连接界面容易形成Al-Ti金属间化合物，影响连接效果。图20-13a所示为3A21铝合金与TC4钛合金采用Al-11.5Si-0.5Mg钎料真空钎焊接头区域的微观组织。图中铝合金在图中的上部，中间部位为钎料组织，钛合金在图的下部。从钎料与钛合金连接界面上可以看到连接界面上出现了黑色的脆性Al-Ti金属间化合物^[9]。

为了获得更好的钎焊效果，钛合金表面一般要进行镀镍处理，镀镍后的钛合金不但能够杜绝Al-Ti金属间化合物的产生，提高接头性能；而且还可以大大提高Al-11.5Si-0.5Mg钎料在钛合金上的润湿性。图20-13b所示为3A21铝合金与表面镀镍的TC4钛合金采用Al-11.5Si-0.5Mg钎料真空钎焊接头区域的微观组织。从图中可以看到，在钎料与钛合金连接界面上没有出现图20-13a中看到的黑色脆性Al-Ti金属间化合物^[9]。

采用高频感应钎焊工艺直接钎焊铝合金3A21和钛合金TC4、TA2，铝合金与钛合金材料的尺寸形状与真空钎焊工艺的形状相同。钎料选择为Al-12Si钎料，钎剂选择为氟铝酸钾钎剂，焊接电流为190A，加热时间为25～27s。钎焊采用预抽真空、然后通氩气保护、钎焊结束后再抽真空以加强保护措施。感应加热前先抽真空，真空度为（5～7）×10^-3Pa；然后通氩气，压力达到100Pa后，开始感应钎焊。钎焊后获得了非常良好的接头质量和性能，拉伸试验结果发现，接头全部在铝合金母材上发生断裂，拉伸载荷达到了6.2kN。密封性能（氦质谱检漏、单点漏率）为5×10^-9Pa·m³/s，接头区域未发现直径超过0.5mm的气孔。

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图20-13 3A21与TC4真空钎焊接头微观组织 a）表面未做处理的钛合金 b）表面镀Ni的钛合金 Fig.20-13 The microstructures of 3A21 and TC4 vacuum brazing joints

图20-14所示为3A21铝合金与TA2钛合金采用Al-12Si钎料真空高频感应钎焊接头的照片和接头区域的微观组织^[8]。从图中可以看出，钎料与钛合金连接界面上没有任何化合物的形成，说明采用高频感应钎焊工艺，由于加热时间非常短，金属间化合物还来不及产生，因而获得了力学性能和密封性能都非常好的接头。

图20-14 3A21与TA2高频感应钎焊接头照片及微观组织 Fig.20-14 Photograph and microstructure of high-frequency induction vacuum brazing joints of 3A21 and TA2