焊接材料对比优化

1、焊接材料对比优化论文摘要：由于C/C复合材料熔点高，难以采用熔焊工艺，因此主要采用钎焊和扩散焊方法进行焊接。C/C复合材料钎焊与扩散焊时面临的主要问题有：常用钎料对C/C复合材料的润湿性不好；C/C复合材料的热膨胀系数很低，与大部分钎料的热膨胀系数差距大，高温下焊缝内会形成较大的热应力而开裂；为了充分发挥C/C复合材料的高温性能优势，通常要求其焊缝具有良好的高温性能。引言C/C复合材料的制备成本较高，周期长且工序繁杂，因此在不影响结构使用性能的情况下将C/C复合材料和其它常用材料连接在一起可以降低成本、提高生产效率。1 焊接材料行业发展面临的问题1.1 焊接材料产能过剩现象不容忽视国内焊接材料

2、行业在“十五”和“十一五”期间，受到低端市场的需求刺激，出现了三轮低成本扩张的浪潮。目前各类焊接材料的产能已达到750万吨左右，近年来企业的产能达产率基本维持在60%70%。国内焊材的消耗量与发达国家相差较大，2015年内需焊材量与钢产量的比值，由2011年的0.5%下降到2015年的0.41%，将逐渐降低，向国外发达国家的平均0.3%水平靠近。据相关专家预测国内钢材生产和内需消费，已进入稳中有降的平台发展期。预计“十三五”后期国内钢产量将可能降到6.5亿吨至7亿吨左右。届时，如焊材消耗量与钢产量的比值按0.4%计算的话，国内焊接材料消费总量最多也只需约280多万吨。虽然考虑到焊接出口量的增长

3、能够有效缓解国内焊接材料的部分产能，但与目前国内焊接材料的750万吨产能相比，形势仍然不乐观，焊材产能过剩的状况将日益凸显，不容忽视。1.2 高端焊接材料种类不全、质量有待提升在焊接材料的品种上，国内无论焊条、焊丝、药芯焊丝都存在品种不全的问题。目前国内在建核岛主设备所使用的核级焊材，包括核级不锈钢、镍基合金和高强钢等各类高端焊接材料，都主要依赖进口。其他一些高端焊接材料，如超临界、超超临界锅炉用焊条，纤维素焊条，尿素用不锈钢焊条，3.5Ni和9Ni钢用焊条，海工用耐大气腐蚀钢和耐海水腐蚀钢类焊条，高温合金焊接材料等还需要进口。八年前国内就已经研制出了屈服强度达960MPa的超高强度工程机械用

4、钢，但至今该强度级别的焊材主要依靠进口。管道行业大规模使用的X70，X80，X90管线钢管，对高强度和高韌性药芯焊丝、金属粉芯焊丝、低氢焊条及全位置气保护实心焊丝等焊材需求迫切，但国内有质量保证、有品牌影响的产品相对较少。国外无镀铜气保护实心焊丝生产已实现接近“零”污染排放，无镀铜实心焊丝占实心焊丝比例已达30%以上，国内无镀铜焊丝整体上应用比例还很低，还存在质量不稳定等问题，制约了无镀铜焊丝应用和发展。无缝药芯焊丝制造技术长期受到国外焊材厂企业的技术封锁，而进口无缝药芯焊丝设备又特别昂贵。国内无缝药芯焊丝的研制还处于研发阶段，与规模化的生产应用还有一定的差距，国内使用的高端无缝药芯焊丝几乎全

5、部依赖于进口，导致无缝药芯焊丝制造技术及产品在国内没有得到推广。2 C/C复合材料焊接对比分析与优化选择2.1 C/C复合材料与C/C复合材料的焊接（1）通过改变钎料中活性元素（Ti，Cr等）的含量提高钎料对C/C复合材料母材的润湿性。钎焊时，这些活性元素向钎料与母材连接界面聚集，产生化合物形成接头。采取这种钎焊方式会面临钎料与母材热膨胀系数差异较大引发裂纹的问题。（2）使用Si或Mg2Si化合物钎料进行钎焊。该方式主要通过反应而非润湿形成接头，其优点在于钎缝成分性能与母材接近，缺点在于反应过程中易在钎缝附近形成气孔，影响钎缝强度。（3）通过在C/C复合材料待焊面进行表面处理，如涂覆、烧结、沉

6、积、打孔等，在表面形成一层焊接性更好的过渡层或者增加钎焊面积，可提高钎料对母材的润湿作用，同时能缓解因钎料母材热膨胀系数的差异产生裂纹。2.2 C/C复合材料与高温合金的焊接高温合金抗氧化性能好，抗热腐蚀性能优异，工作温度高，组织稳定且有害相少，能在较高温度与应力的环境下工作，它广泛地应用于制造航空发动机、各类燃气轮机的最热端部件，如涡轮部分的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等部件9。C/C复合材料在室温时强度较低且制备周期长、成本高，而C/C复合材料与镍基高温合金连接后质量轻、承载能力高、高温寿命长。镍基钎料是C/C复合材料与镍基高温合金钎焊的最常用钎料。2.3 C/C复合材料与钛及钛合金的焊接钛合

7、金比强度高、抗腐蚀性能好、综合力学性能优异，是目前航空航天领域的明星材料。将钛合金与具有优异高温性能的C/C复合材料连接起来能够获得质量轻、高温性能好、能够满足一定结构强度要求的连接件，在航空航天等领域有着广泛的应用前景。银基、钛基钎料是C/C复合材料与钛合金钎焊常用的钎料。2.4 C/C复合材料与TiAl合金的焊接TiAl合金因其低密度、高比强度、高温抗蠕变性能好，在飞行器涡轮发动机组件等部位的应用取得了优异的效果。使用包含50%（质量分数，%）的C/C复合材料的C/C-TiAl连接材料能节省27%的质量，从而提高发动机的推重比。C/C复合材料与TiAl合金的连接可提高高温构件的工作温度，扩展应用范围20。结束语由于C/C复合材料熔点高，难以采用熔焊工艺，因此主要采用钎焊和扩散焊方法进行焊接。C/C复合材料钎焊与扩散焊时面临的主要问题有：常用钎料对C/C复合材料的润湿性不好；C/C复合材料的热膨胀系数很低，与大部分钎料的热膨胀系数差距大，高温下焊缝内会形成较大的热应力而开裂；为了充分发挥C/C复合材料的高温性能优势，通常要求其焊缝具有良好的高温性能。参考文献1 马洪峰.焊接材料企业发展战略规划研究D.华中师范大学，2014.2 孙咸.T91/P91钢焊接材料的选择及其应用J.电焊机，2012，（09）：5-11.3 元恒新.焊接材料