在高溫真空釬焊爐中對(duì)汽車(chē)用三元催化凈化器金屬蜂窩載體進(jìn)行真空釬焊，設(shè)備使用較短時(shí)間內(nèi)，爐膽鉬屏出現(xiàn)變形、開(kāi)裂失效現(xiàn)象。對(duì)開(kāi)裂的高溫真空釬焊爐鉬屏進(jìn)行了使用前后的形貌對(duì)比及化學(xué)成分分析。結(jié)果表明，鉬屏加速變形、開(kāi)裂的原因是鎳基釬料在鉬屏表面的沉積，沉積物改變了鉬屏表面的組織成分并帶來(lái)鉬屏物理性能的改變。據(jù)此提出高溫真空釬焊爐爐膽鉬屏的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

　　高溫真空釬焊爐廣泛應(yīng)用于解決一般方法難以連接的結(jié)構(gòu)件釬焊，特別適用于鈦合金、不銹鋼等金屬材料的真空釬焊。利用高溫真空釬焊爐焊接各種結(jié)構(gòu)件過(guò)程中，釬料的沉積都會(huì)造成爐膽鉬屏出現(xiàn)變形、開(kāi)裂等失效形式。正常使用情況下，高溫真空釬焊爐的爐膽鉬屏?xí)�因冷熱交替沖擊變形及鉬屏本身金相組織變化出現(xiàn)變形、開(kāi)裂失效的情況，時(shí)間為5 年左右。

　　在利用高溫真空釬焊爐釬焊應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)中的三元催化凈化器金屬蜂窩載體工藝過(guò)程中，大量應(yīng)用的鎳基釬料大量揮發(fā)，一部分被真空釬焊爐的真空機(jī)組抽走排出，另有相當(dāng)一部分則沉積粘接在爐膽的隔熱保溫層上，主要是面對(duì)高溫的第一層鉬屏沉積明顯。大量的鎳基釬料沉積物使高溫真空釬焊爐爐膽鉬屏出現(xiàn)變形、開(kāi)裂等失效形式，且時(shí)間較短，一般1 年左右就需要更換爐膽鉬屏。

　　針對(duì)三元催化凈化器金屬蜂窩載體真空釬焊工藝中，設(shè)備使用較短時(shí)間內(nèi)爐膽鉬屏即出現(xiàn)變形、開(kāi)裂失效的現(xiàn)象，對(duì)開(kāi)裂的高溫真空釬焊爐鉬屏進(jìn)行了使用前后的形貌對(duì)比及化學(xué)成分分析。結(jié)果表明，鉬屏加速變形、開(kāi)裂的原因是鎳基釬料在鉬屏表面的沉積，沉積物改變了鉬屏表面的組織成分并帶來(lái)鉬屏物理性能的改變。

　　據(jù)此提出高溫真空釬焊爐爐膽鉬屏的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在高溫真空釬焊爐中，用于隔熱保溫的鉬屏一旦出現(xiàn)變形、開(kāi)裂等失效形式，就會(huì)造成高溫真空釬焊爐爐膽出現(xiàn)漏熱、保溫失效情況，最終結(jié)果可能是高溫真空釬焊爐溫度指標(biāo)達(dá)不到；更嚴(yán)重的情況是：翹曲的鉬屏?xí)�和加熱帶短接，造成加熱帶電短路，損壞真空爐。圖1 所示為應(yīng)用于三元催化凈化器金屬蜂窩載體釬焊的高溫真空釬焊爐的爐膽鉬屏開(kāi)裂情況：如圖所示，加熱帶基本沒(méi)有變形，鉬屏有翹曲、開(kāi)裂現(xiàn)象。

圖1 鉬屏開(kāi)裂照片

1、試驗(yàn)方法

　　通過(guò)對(duì)高溫真空釬焊爐開(kāi)裂鉬屏使用后的外觀、裂口形貌進(jìn)行目視觀察，對(duì)使用后有釬料沉積的鉬屏成分進(jìn)行測(cè)試分析對(duì)比，在此基礎(chǔ)上對(duì)鉬屏開(kāi)裂的原因進(jìn)行分析。分析儀器采用德國(guó)OBLF QSN750 通用型多基體火花直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行成分分析。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1、樣本外觀檢查

　　送檢的兩塊鉬屏樣本為同一塊已使用兩年的鉬屏塊上截取，其中一塊為沒(méi)有沉積物(圖2箭頭指示黑框圈示處為截取位置)，另一塊表面覆滿釬料沉積物。圖2 為截取前鉬屏的局部照片。仔細(xì)檢查截取前已開(kāi)裂的鉬屏，釬料沉積物只覆著在面對(duì)爐膛溫區(qū)一側(cè)，而鉬屏相互搭接處(箭頭指示黑框圈示處)并無(wú)釬料沉積物。使用游標(biāo)卡尺測(cè)量，覆著釬料沉積物的鉬屏厚度比沒(méi)有釬料沉積物的鉬屏厚度增加0.1 mm。目視觀察已開(kāi)裂的鉬屏，肉眼可見(jiàn)釬料沉積物分層，且兩處表面粗糙度差異明顯。

圖2 樣品圖片

　　2.2、樣本成分分析

　　送檢的兩塊鉬屏樣本為同一塊已使用兩年的鉬屏塊上截取，樣本1 上無(wú)釬料覆著，樣本2為有釬料覆著，樣本化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。從表1 可以看出樣本成分中雜質(zhì)含量的變化情況：樣本1(無(wú)釬料覆著鉬片)中，鉬含量顯著較高，雜質(zhì)含量較少且有些金屬雜質(zhì)成分如錳和鎳含量為0；樣本2(有釬料覆著的鉬片)中，鉬含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)減少，雜質(zhì)含量成倍增加且原本鉬屏中不含有的金屬雜質(zhì)成分如錳和鎳含量增加明顯。分析雜質(zhì)來(lái)源，三元催化凈化器金屬蜂窩載體真空釬焊工藝中大量使用的液態(tài)鎳基釬料是主要來(lái)源。

表1 樣本化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

3、鉬屏加速變形及開(kāi)裂原因分析

　　送檢的兩塊鉬屏樣本為同一塊已使用兩年的鉬屏塊上截取，從外觀和樣本成分分析中，可以看出鉬屏加速開(kāi)裂失效的促進(jìn)因素來(lái)源于真空釬焊時(shí)的釬料沉積，且鉬屏開(kāi)裂失效的過(guò)程是隨高溫真空釬焊爐使用日積月累中逐次加深加重的過(guò)程。鉬屏表面成分改變必然引起鉬屏本身物理性能方面的改變，最終促使鉬屏加速變形及開(kāi)裂。

　　理論上，高溫下不同金屬元素的瞬時(shí)線脹系數(shù)是不同的。高溫下金屬元素的瞬時(shí)線脹系數(shù)計(jì)算公式為：αT=A+B(T-T0)+C(T-T0)2，式中，影響瞬時(shí)線脹系數(shù)αT 的三個(gè)常數(shù)A、B、C 中，金屬鉬的常數(shù)較小，亦即高溫下金屬鉬的線性變形量較小，雜質(zhì)金屬元素的線性變形量較大，這就造成鉬屏表面的沉積物線性變形量(伸長(zhǎng))大于鉬屏自身的線性變形量(伸長(zhǎng))；在釬焊工藝結(jié)束冷卻過(guò)程中，鉬屏表面的沉積物線性變形量(收縮)大于鉬屏自身的線性變形量(收縮)。

4、結(jié)論與建議

　　(1)真空釬焊時(shí)鉬屏表面釬料沉積是不可避免的，鉬屏的不同軋制工藝和表面處理工藝會(huì)造成鉬屏表面的粗糙度不一樣(主要是表面結(jié)合力不同)并造成釬料沉積的速度不一樣。實(shí)際選型中，必須要求鉬屏軋制后經(jīng)過(guò)真空退火爐進(jìn)行退火處理，確保材料交貨狀態(tài)為退火態(tài)。

　　(2)建議在高溫真空釬焊爐爐膽設(shè)計(jì)實(shí)踐中，要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面調(diào)整鉬屏的設(shè)計(jì)和選型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要沿鉬屏變形方向加強(qiáng)鉬屏的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，要確保鉬屏在高溫下的變形趨勢(shì)符合設(shè)計(jì)意圖。

　　(3)從圖1 可知，加熱帶基本沒(méi)有變形，除了加熱帶本身較鉬屏厚以外，加熱帶表面溫度高于鉬屏溫度也是主要原因，所以在高溫真空釬焊爐使用實(shí)踐中，定期清理爐膛并高于釬焊工藝溫度烘爐凈化爐膛是有效減少釬料沉積的辦法之一。