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温度对316LN不锈钢钎着率的影响
郑州机械研究所于新泉龙伟民裴夤

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摘要：介绍了国家重大科学工程项目HT-7U超导托卡马克的概况，分析了其关键部件超导线圈盒壳体与冷却管的钎焊特点，系统研究了温度对316LN不锈钢钎着率的影响。结果表明，对于316LN不锈钢采用Sn55PbAgSb焊料时，随着温度的升高钎着率先升高后降低，其合适的焊接温度在210～230℃之间。关键词：托卡马克，316LN不锈钢，钎着率 1.前言 20世纪下半叶，聚变能的开发取得了重大的进展，特别是在磁约束受控热核聚变托卡马克装置上取得了突破性进展[1]，聚变能作为一种洁净、安全和几乎用之不竭的新能源是人类本世纪替代煤和油的换代能源。托卡马克是人们进行可控核聚变以及实现核聚变的装置，目前，我国磁约束核聚变研究的综合实力和科学技术已经进入了世界前沿。我国国家级重大科学工程项目HT－7U超导托卡马克装置，利用低温超导技术，可以实现托卡马克的稳定运行。作为获得低温技术关键部件的超导线圈盒壳体与冷却管均采用超低碳奥氏体不锈钢316LN，壳体最大直径达3.6米，壳体钢板厚度在20mm～75mm之间，加上其温度控制要求严格、焊接质量要求高(钎着率需保证在85%以上)，因而对钎焊材料和钎焊工艺提出了很高的要求。为了获得优良的导热及低温性能，本文系统地研究了温度对316LN不锈钢钎着率的影响。 2.试验方法本文选择超低碳奥氏体不锈钢316LN钢板尺寸为22mm×60mm×1.5mm，焊料选用Sn55PbAgSb，厚度为0.5mm，焊剂选用ZnCl2焊剂，其成分分别如表1、表2和表3[2]所示。表1 316LN不锈钢的成分（重量百分比，%）（图片）表2 焊料Sn55PbAgSb的成分（原子百分比，%）（图片）表3 ZnCl2焊剂的成分配比（图片）试验过程主要包括焊前清理、钎涂和炉中钎焊。先用粗砂纸（36＃）将不锈钢钢板和焊料的试验面打磨干净，漏出新茬，然后用无水酒精清洗干净。用炉子将不锈钢预热至150～170℃，给不锈钢钢板刷上ZnCl2焊剂，用500W烙铁给不锈钢试验面均匀钎涂一层0.1～0.2mm厚焊料。待在空气中自然冷却后，用热水将焊剂残渣清理干净，重新给不锈钢刷上焊剂。给焊料刷上焊剂，用不锈钢钢板夹住焊料片平放在加热炉中，如图1所示。加热温度分别选定为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、260℃和280℃，保温时间2min。（图片）图1 不锈钢钢板加热放置示意图 3.试验结果与分析表4为不同温度下对每种情况进行三次试验利用网格法统计后得到的平均钎着率。结果表明，温度对于316LN不锈钢焊接时的钎着率及焊接质量有着非常重要的影响。当温度在200和210℃时，钎着率并不是很高，随着温度的升高，钎着率有所提高，当温度在220℃时，钎着率达到最高点，温度再升高，钎着率又有所降低。当温度在200℃和210℃时，焊接后留下的空洞较大；而当温度在260℃和280℃时,不仅钎着率低，而且钎焊后空洞也大，大包围现象严重，焊接质量较差。表4 不同温度下316LN钎着率（%）（图片）从钎焊过程来看，当焊接温度在190℃和200℃时，焊料刚开始熔化，流动性性差，焊剂也未达到活性高潮，因而组织中的包围现象较为严重，钎焊钎着率较低。当温度升高到220℃左右时，焊料流动性增加，焊剂活性也达到了高潮，此时钎着率达到最高。随着温度的继续提高，不锈钢和焊料的氧化严重成为突出问题，焊料难于润湿和铺展，所以钎着率下将。 4.结论 1) 温度对于316LN不锈钢钎着率有着非常重要的影响。 2)采用Sn55PbAgSb焊料焊接时，316LN不锈钢的钎着率随着温度的升高先升高后降低。 3）从保证316LN不锈钢钎着率方面来考虑，其合适的焊接温度在210～230℃之间。参考文献 1. HT-7超导托卡马克最新实验进展。李建刚，谢纪康。物理，p.328 2. 钎焊手册。张启运，庄鸿寿。北京：机械工业出版社，1998，p.98 作者简介：于新泉，硕士，主要从事钎焊材料和工艺的研究。联系电话：0371-7710639，电子邮件地址：yxqyxq@zzu.edu.cn.。 4/1/2005


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