3-81  铍焊接填充材料的应用

张友寿  谢志强  姜云波  吴东周

铍的焊接常出现裂纹和气孔。焊接时加填充材料，然后再考虑接头结构设计、焊接工艺参数调整、焊前预热和焊后缓慢冷却等措施，它们之间协调匹配，可有效地阻止铍焊接产生裂纹。在焊接不开裂的情况下设法减轻和消除气孔缺陷。填充材料的加入，主要是改善焊缝的性能，减少焊接应力进而改善材料的焊接性。

可以从6个方面考虑填充材料的性能、加入方法和使用考核情况：（1）填充材料的研究和使用：由众多的铍基二元合金相图可知，铍与很多元素在高温下焊接会生成金属间化合物，有些化合物甚至是脆性的，这给研究铍焊接的填充材料增加了困难。铍只与铝、硅、银、铋、钼、镓、铟、锡等少数几种元素相互作用不产生金属间化合物；（2）填充材料熔化温度的要求：在与铍不生成金属间化合物的几种元素中，钼的熔点很高，不宜作铍的焊接填充材料，但或许可以进行扩散焊接的中间层材料。金属镓、铟、锡、铋等的熔点较低，它们与铍的熔点差了上千度，焊接时不易掌握，可操作性差，但可作钎焊的钎料。而铝、硅、银、铜等与铍的熔点差值要小些，作铍的焊接填充材料，可操作性较好；（3）核性能要求：这种要求是基于铍焊接结构件在核方面的应用中而提出来的。假如考虑焊缝金属对热中子的损失，应当选择吸收中子截面小、散射截面大的材料，那么选择低密度材料（Al、Si等）是比较合适的。根据铍的核性能，在选用和研究铍的填充材料时，要特别禁止过多地使用中子吸收截面大的镉、硼等材料；（4）材料物理化学性能要求：对铍要有良好的润湿性；铍在真空状态下焊接，对材料的蒸汽压、挥发性能有要求，以便限制焊接气孔；在高温液态的流动性要好。（5）填充材料的厚度：有两个途径选用填充材料的厚度。一是根据焊接方法及工艺选择填充材料的厚度。实验表明，TIG焊接由于热量大，热输入不集中，填充材料的厚度可为0.4~1.0 mm的范围；对于激光束、电子束等高能束流密度焊接，由于束斑细，热输入集中，填充材料的厚度可以选用0.3~0.5 mm的填充材料；铍材料的扩散焊接，填充材料（中间层）的厚度应当小于0.2 mm。二是由焊缝的组织结构及成分含量确定填充材料的厚度。使铍焊缝不致开裂所需要填充材料的成分含量为25%~34%。（6）填充材料的加入方法：以夹片的形式加入填充材料，对铍板、环的焊接都可这样加入，焊出的焊缝美观、焊缝凸起高度小，焊缝中填充材料含量相对均匀；丝状和粉状的填充金属可以用送丝机构或送粉器加入。用这类方法加入的填充材料，焊缝凸起较高，焊缝中填充材料含量的偏析程度较大，但这种加入填充材料的方法可以用于焊接缺陷的修复或焊接坡口较大的情况。焊接铍使用填充材料的数量和品种相当少，只有纯铝、Al-Si，Al-Si-Mg，Ag及银合金、铜及其合金和一些低熔点钎料。其中Al-Si合金用得最多，但铝的吸氢和氧化特性在非真空激光焊接中易产生焊接气孔。