CN105817728A - 一种气密性铍与金属的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气密性铍与金属的焊接方法，采用一种熔点和钎焊温度均小于铍的再结晶温度的Ag‑Cu‑In‑Sn钎焊焊料，典型的材料组成是熔点是580℃‑597℃，钎焊温度是610℃‑650℃，将该钎焊焊料置于铍和金属之间，然后在真空钎焊炉、氢炉或保护性气氛中使该钎焊焊料熔化，使其填充于铍和金属之间，从而使铍和金属实现气密性的连接。

Description

一种气密性铍与金属的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种气密性铍与其它金属的焊接方法，具体地说，是将铍和其它金属之间放置一种钎焊焊料，然后在高真空或保护性气氛中熔化钎焊焊料，从而使铍和其它金属实现气密性的连接。

背景技术

铍是一种轻稀有金属，具有密度小、比弹性模量高、热导率大、原子序数小、中子俘获截面小而散射截面又特别高等独特、优异的特性，被称为核时代金属和宇宙时代金属，在航空、航天、核技术、电子、电气等领域具有广泛的应用，如X射线管的铍窗、核反应堆的减速剂和反应剂等以及航空航天领域，铍在飞机、惯性导航、光学窗口、导弹、卫星、航天器等方面也都具有重要的应用。因此，发展可靠、经济的铍焊接方法对于铍在核工业、航天、航空工业的应用是至关重要的。

但是，铍的延展性差、焊接性能不好、铍蒸汽和铍的氧化物有较大的毒性是限制铍应用的主要问题。铍在平行于c轴方向上的延展性非常差，这种延性的各向异性和在焊接过程中形成的粗大晶粒会导致铍焊缝变脆，并且会在热应力作用下产生断裂，而且，铍在焊接时，由于铍具有很高的活性，具有较大的缺口敏感性，在高温下极易与氧结合，与许多金属反应可生成脆性的金属间化合物，因此，造成铍的焊接非常困难。铍及铍的氧化物不仅价格昂贵，而且有剧毒，增加了对人体的危害和对环境的污染，给铍部件的焊接及应用造成了困难，不像通用材料那样使用广泛和为人们熟知。因此，发展可靠、经济的铍焊接方法对于铍在核工业、航天、航空工业的应用是至关重要的。

刘序芝、田招弟、袁保玲在“铍与某些金属(包括铍)或合金的铜扩散钎焊”(中国发明专利CN85100174)中，采用蒸气压低的铜焊料直接进行铍与某些金属(包括铍)或合金的扩散钎焊，其工艺中的主要特征是，焊接前的铍及被焊金属或合金用一般去油方式清洗，焊接时将铜焊料放置在被焊件之间，置于真空炉或惰性气体炉内加压进行铜扩散钎焊.该钎焊工艺可用于对X射线管、β射线管、加速器等电真空器件中所用的输入和输出窗中，铍与其他金属和合金的焊接。蒋元清在“铍钎焊工艺研究”的文章中，采用Al-10Si和Ag-28Cu作为钎焊焊料，在真空钎焊炉中将2个2mm的铍板焊接在一起。

通常，铍的焊接主要采用钎焊、熔焊和扩散焊等方法。在各种焊接工艺中，真空钎焊由于是在高真空环境下，通过熔化钎焊焊料，使铍和其它金属连接在一起，真空钎焊过程中具有焊接温度低(铍不会被熔化)、真空度高(没有氧气等气体)、焊接面温度均匀等优点，是铍和其它金属焊接的首要方法。铍的熔点虽然较高，达到1284℃，但是铍的加工制造工艺特殊，它的再结晶温度为730℃，高于这一温度，铍会发生再结晶和晶粒长大问题，同时由于铍的原子小，扩散快，化学活性强，因此在高温钎焊时，极易出现铍的扩散孔洞。在上述已有的铍焊接中，专利CN85100174中，焊料铜的熔点是1083℃，早已大于铍的再结晶温度，出现铍的扩散孔洞，对于小于0.1mm厚的铍箔，就容易出现铍的穿透性孔洞，气密性受到破坏。蒋元清采用的铝基Al-10Si钎焊焊料的熔点是577～582℃，虽然低于铍的再结晶温度，与铍的浸润性也比较好，但是铝基Al-10Si钎焊焊料与许多常用的电真空器件用的金属材料的浸润性不佳，且在钎焊时焊料容易出现堆积，容易形成漏气；而Ag-28Cu的熔点是779℃，采用它作为钎焊焊料，就如采用上述铜焊料一样，也达不到良好的气密性焊接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气密性铍与金属的焊接方法。

为达到以上目的，本发明采取了以下技术方案：

使用一种Ag-Cu-In-Sn合金作为钎焊焊料，该焊料的熔点和钎焊温度均小于铍的再结晶温度，在真空、还原性气体或惰性气体保护下，通过加热使该焊料达到焊料熔化温度以上，焊料熔化后填充于铍和其它金属之间，经冷却后即可实现气密性焊接。

所述钎焊焊料的熔点是580℃-597℃。

所述钎焊温度是610℃-650℃，保温时间为30-10min。

为了提高所述钎焊焊料对金属的浸润性，焊接前，先将金属镀暗Ni。

为了使气密性焊缝更可靠，将镀过暗Ni的金属在氢炉或真空炉中于700℃以上高温烧结一次，然后再进行焊接。

所述铍选自厚度为0.01-0.05mm的铍箔。

本发明相比现有技术，具有以下优点：

1、使用一种熔点和钎焊温度均小于铍的再结晶温度的Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料，避免了铍钎焊时出现的再结晶、晶粒长大和扩散孔洞问题。

2、Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料与金属的浸润性好，特别是该焊料与金属Ni和铍的浸润性好，这样许多金属都可以先通过工业上普遍使用的金属镀Ni技术，实现与铍的焊接，使铍与金属的焊接成本低、可靠性提高。

3、Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料在熔化温度下的饱和蒸汽压很低，特别适合用于电真空器件中铍和金属的焊接。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。

本发明利用一种熔点和钎焊温度均低于铍的再结晶温度的钎焊焊料，采用真空钎焊、氢炉钎焊技术或其他气体保护焊接技术，在高真空或保护性气氛中熔化钎焊焊料，将铍和其他金属(包括铍)钎焊在一起，实现气密性焊接，特别是薄铍箔的焊接。

实施例1

使用Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料焊接铍和金属零件(如Ni、Cu、Ti、Au、Ag、Cu合金等可以与焊料良好浸润的金属材料制成)，焊料的熔点和钎焊温度均小于铍的再结晶温度(730℃)，焊料的熔点是580℃-597℃(不同的熔点取决于焊料组成成分比例)，钎焊温度是610℃-650℃，保温时间为30-10min(钎焊温度越高，保温时间越短)。

将选取的钎焊焊料放置于铍和金属零件之间，在真空钎焊炉中，通过加热至钎焊温度并保温，从而使该焊料熔化，钎焊焊料熔化后填充于铍和金属零件之间，冷却后即可实现气密性焊接。

实施例2

在实施例1的基础上，为了提高Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料对金属的浸润性，对于如Fe、不锈钢、铁镍合金、碳钢等与焊料浸润较差的金属材料制成的金属零件，先将金属零件镀暗Ni，同时，为了使气密性焊缝更可靠(防止镀Ni层在焊接后漏气)，将镀过暗Ni的金属零件在氢炉或真空炉中高温(700℃)烧结一次(保温时间30min)，再使用上述钎焊焊料，将钎焊焊料放置于铍和金属零件之间，在真空钎焊炉中，通过加热至钎焊温度并保温，从而使该焊料熔化，钎焊焊料熔化后填充于铍和金属零件之间，冷却后即可实现气密性焊接。

实施例3

为了焊接薄铍箔(以0.05mm厚铍箔为例)，焊接前先将金属零件(如Fe、不锈钢、铁镍合金、碳钢等)镀暗Ni，同样，为了使气密性焊缝更可靠，将镀过暗Ni的金属零件在氢炉或真空炉中高温(700℃)烧结一次(保温时间30min)，再使用上述Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料，将钎焊焊料放置于铍箔和金属零件之间，在真空钎焊炉中，通过加热至钎焊温度并保温，从而使该焊料熔化，钎焊焊料熔化后填充于铍箔和其它金属之间，冷却后即可实现气密性焊接。

对于上述实施例1-3，其中的真空钎焊炉可以用诸如氢炉等可提供还原性气体或惰性气体保护的设备替换，提供相应的焊接过程的保护。另外，对于与上述Ag-Cu-In-Sn钎焊焊料无法浸润且无法进行镀Ni处理的金属，以及熔点低于钎焊温度的金属均未涉及。

Claims (6)

1.一种气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

使用一种Ag-Cu-In-Sn合金作为钎焊焊料，该焊料的熔点和钎焊温度均小于铍的再结晶温度，在真空、还原性气体或惰性气体保护下，通过加热使该焊料达到焊料熔化温度以上，焊料熔化后填充于铍和其它金属之间，经冷却后即可实现气密性焊接。

2.如权利要求1所述气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：所述钎焊焊料的熔点是580℃-597℃。

3.如权利要求1所述气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：所述钎焊温度是610℃-650℃，保温时间为30-10min。

4.如权利要求1所述气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：为了提高所述钎焊焊料对金属的浸润性，焊接前，先将金属镀暗Ni。

5.如权利要求4所述气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：为了使气密性焊缝更可靠，将镀过暗Ni的金属在氢炉或真空炉中于700℃以上高温烧结一次，然后再进行焊接。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的气密性铍与金属的焊接方法，其特征在于：所述铍选自厚度为0.01-0.05mm的铍箔。