在应用于国防工业的零部件中，行波管是一种功率放大器件，作用于微波和纳米波，在通信卫星、数字无线电、卫星的毫米波转发器及电子对抗、雷达和电子监视和其他领域中都具有极其重要的作用[1—2]。钽(Ta)、钼(Mo)、镍(Ni)是 3种特殊的难熔金属，熔点较一般金属高，耐腐蚀性也比较强，化学性质较为稳定，密度小等，是其不同于其他金属的共同特点，具有重要的战略价值，在化工、原子能、航空等行业应用广泛，特别是在热交换器、电容器、行波管、耐高温制品中有所应用[3—6]。特殊的工作环境要求，需要使用相对大量的难熔金属材料。如果采用传统的电阻焊方法，会使得焊接过程非常困难，然而随着近些年激光技术的发展，在毫米波和微波放大器中，激光焊接技术开始崭露头角。在各种焊接热源中，激光有其独有优势：加热时面积较小、单位密度能量大、可以精准地控制热量的输入和加热的时间，因此激光焊接成为连接难熔金属不可或缺的手段[7—11]。相关研究表明，行波管电子枪阴极相关组件在焊接受热较高时，接头易失效，这是行波管失效的主要形式，因此急需改善行波管电子枪阴极组件的相关焊接工艺。Ta,Mo作为现行行波管电子枪阴极组件生产制造中主要使用的难熔金属材料，两者之间存在很大的物理化学性质差异，使Ta/Mo的焊接成为了难点[12—13]。目前国内外Ta/Mo异种金属焊接的相关实例很少，因此，Ta/Mo之间的激光熔钎焊接研究具有实际意义。
1 实验
1.1 材料
实验研究 Ta/Ni/Mo薄板异种金属激光熔钎焊，钽为0.2 mm厚的退火态纯钽，钼为0.4 mm厚的轧制态纯钼。退火态纯钽的主要成分见表1。Ta的熔点比较高，在高温下强度高，耐腐蚀性良好，蒸汽压比较低，在电真空等工业领域应用广泛。
Mo为工业纯钼，是一种具有高熔点金属材料，因其较为稀有、价值高、高温强度好、抗腐蚀性好，被广泛用于化工、能源、国防领域，且由于热导率高、热膨胀系数小，在电子行业也应用广泛，特别是作为电真空器件阴极材料。其主要成分见表2。
Ni的特点是熔点比较高，耐腐蚀、机械性能好，在热、冷状态下都有好的压力加工性，易除气，是电真空器件中重要的结构材料之一，其成分见表3。
表1 退火态纯钽的化学成分（质量分数）Tab.1 Chemical composition of as-annealed pure Ta (mass fraction) %Ta Fe Si Ni W Mo Ti Nb O C H N余量 0.005 0.005 0.002 0.01 0.01 0.002 0.05 0.015 0.01 0.0015 0.005
表2 工业纯钼的化学成分（质量分数）Tab.2 Chemical composition of pure indusfria Mo (mass fraction) %Mo O N C Fe Al Si Ni W Ca Mg余量 0.02 0.003 0.01 0.015 0.005 0.006 0.005 0.3 0.002 0.003
表3 Ni丝的化学成分（质量分数）Tab.3 Chemical composition of Ni wire (mass fraction) %Ni Fe Si Mg Mn Cu C S Zn Pb P余量 0.1 0.1 0.1 0.05 0.03 0.1 0.005 0.007 0.002 0.002
1.2 方法
实验采用意大利SISMA公司生产的SL-08型Nd：YAG脉冲激光焊机，激光焊机平均功率为80 W，激光功率百分比、脉冲宽度、光斑直径和激光频率可调节。实验中要求钽和钼厚度均为 0.2 mm，实验准备的钼薄板初始厚度为0.4 mm左右，必须进行相应处理使其厚度相同，否则将会出现错边等焊接缺陷。定量配置180 mL浓HF（质量分数为98%）和浓HNO3（质量分数为98%）溶液（浓HF和浓HNO3比例为1∶3）放入200 mL烧杯中，每次取20 mL混合溶液于100 mL烧杯，将准备的待腐蚀钼薄板放入烧杯中进行腐蚀，每次定时约45 s，取出钼薄板后用游标卡尺测量钼板厚度，随后采用1000#砂纸打磨钼板，使之厚度为0.2 mm。焊接形式为平薄板对接，同时填充过渡层金属Ni丝，如图1所示。将试样母材加工成25 mm×15 mm×0.2 mm的焊接试片，填充材料为直径为0.3 mm的Ni丝。焊接前必须对钽、钼母材进行表面去氧化膜处理，焊接时，采用自制的玻璃保护罩通入惰性气体氩气，采用向上排空气法，气体流量控制在 10～15 L/min之间，焊接速度为 0.3 mm/s。
实验利用三因素三水平（见表4）的正交方法找出激光焊接过程的最佳工艺参数。在正式焊接之前，首先进行预实验确定焊接参数范围，焊接功率在19.2～20.8 W范围内，焊接能够顺利进行；当激光功率小于该范围，焊缝不能顺利连接，焊接失败；当激光功率大于该范围，母材瞬间熔化，焊缝焊穿。同理，确定了脉冲宽度范围为4.5～5.5 ms；激光频率范围为3.5～4.5 Hz。根据实验过程，在焊接速度和光斑直径相同的情况下，改变其他的3个主要参数——激光功率P(W)、脉冲宽度T(ms)和激光频率f(Hz)，得到正交试验设计方案，见表5。 上一篇：辊精密箔材轧机的发展与应用分析 下一篇：没有了