关键词：铍；钎焊；扩散焊；熔化焊

    0 引言

    铍是一种轻稀有金属，具有原子序数低、密度低、线膨胀系数小、比热容大、熔点高、弹性模量高、比强度大、吸热力强、高温尺寸与性能变化小等优异性能。这些优异的物理性能和力学性能，使铍在核工业、航空航天工业、武器系统、光学系统、高能物理、仪表仪器等许多领域得到了应用。同时铍具有室温延展性差、焊接性能差、高温抗氧化性能差、脆性大、对残余气氛吸附能力强、机械加工损伤严重以及剧毒性等缺点[1-4]。

    铍是金属材料中焊接难度较大的材料之一。铍及铍合金的焊接困难主要与其本身的性能有很大关系。铍属于密排六方晶格结构，在性能上表现出严重的各向异性特征，在焊接过程中会导致不同方向上的形变和应力分布的不均匀性；铍表面吸附能大，对表面残余气体吸附能力很强，在高温下易与氧、氮反应生成化合物，从而导致其焊接接头性能变差，因此铍的焊接对保护性气氛或真空度有严格的要求，焊接前必须严格清洗焊件表面，否则铍表面易与残余气体发生反应形成化合物，这些化合物在钎焊时会妨碍钎料润湿，在扩散焊时会增加原子扩散难度，增加焊缝缺陷；铍的低延展性、各向异性和在焊接过程中形成粗大晶粒，导致铍焊缝变脆，在热应力的作用下易产生开裂。铍的机械加工损伤比较严重，在机械应力的作用下，铍表层会产生应力、孪晶、微裂纹和织构等缺陷，大大降低其强度和塑性，严重影响铍构件焊接接头性能。

    国外花了很长时间才解决了铍的焊接难题，原因是无论采用何种焊接方法，焊接工艺的可重复性较差，致使铍焊接很难确定出相应的工艺标准。另外，有些铍焊件要求在苛刻的环境条件下使用，使铍焊接增加了新的难点[5]。国内对于铍的焊接研究较少，航天材料与工艺研究所、中国工程物理研究院、清华大学、北京航空航天大学、北京科技大学等几家研究所、院校对铍的焊接开展了一定的研究，但关于铍焊接的实际应用现在还没有。因此有必要对国内外铍的焊接技术研究进展进行综述，以便于在该领域做更深入的研究从而促进铍焊接技术不断向前发展。

    1 铍的钎焊

    钎焊是焊接铍的{sx}方法。铍与铍、铍与其他金属的焊接都可以采用钎焊方法。钎焊方法和钎焊试验参数取决于焊件工作温度、接头几何形状和强度要求，钎焊铍时所发生的问题随着温度的升高而增多。因此在满足力学性能的前提下应尽量选用低熔点钎料[6]。

    钎焊铍的软钎料主要有锌基钎料和熔点范围为（427~454℃）的铟基钎料等。试验表明，铟基钎料对铍的润湿效果较差。常用的软钎料有5%Ag-Pb、3%Zn-Sn-Pb、99.9%Zn等。软钎焊的特点是钎焊温度低、形变较小，但是接头强度低，因而应用较少。

    采用硬钎焊焊接铍可以获得较好的焊接接头，硬钎料的种类比较多。钎料主要有铝基钎料、银基钎料、铜基钎料等。其中铝基钎料的应用最为广泛。日本的Banaim等人采用0.3mm的Al钎料对铍进行钎焊，在熔合区和热影响区有生成显微裂纹的倾向[7]。美国的Cadden等人采用铝基钎料钎焊Be和Cu取得了一定的进展[8]。蒋元清等人研究了Al和Al10-Si两种钎料对铍的钎焊，结果表明，采用Al10-Si对铍进行钎焊获得均匀致密的接头，剪切强度较高，纯铝钎料的钎焊性较差[9]。张鹏程采用Al-12Si对铍与HR-1不锈钢进行了钎焊[10]。

    铍焊接接头强度要求高时，可选择银基钎料进行高温钎焊。选用Ag-28Cu钎料在800℃和较高真空度下钎焊铍，接头强度有了很大的提高，但由于铍的缺口敏感性大，局部应力集中导致铍母材的断裂，因此无法准确测出接头的剪切强度。如果加热温度高或保温时间长，则在近铍侧可发现空洞，此时的铍虽然保持带状组织，但是已经发生再结晶（铍的再结晶温度为700-900）可见更高的工作温度对钎焊铍是很不利的。同时由于Ag-Cu钎料元素可能渗入铍金属形成脆性化合物而降低接头性能[11]。

    随着钎焊铍的热源不同，铍钎焊又可分为多种，如炉中钎焊、感应钎焊、电子束钎焊、氩弧钎焊和激光钎焊等。目前对铍的钎焊多采用电子束钎焊和激光钎焊，采用塑性和润湿性均较好的铝或铝硅合金作钎料。

    张友寿等对电子束钎焊铍的显微组织进行了研究分析，试验分别采用Al-12Si 和Al-12Si-1.5Mg 作为填充材料。结果表明加铝或硅合金做填充材料，xx焊接裂纹的作用是明显的。如果母材有裂纹，铝、硅填充材料还可以填充裂纹。填充铝后，在高温区铝组分可有较宽的范围，随着温度降到647℃，除了铝与铍形成共晶外，多余的铝富集于晶界，造成微区铝严重偏聚。另外，铍高温塑性好，室温塑性差，因此在焊接的降温过程中高、低温间存在塑-脆性转变过程，易使焊缝产生热应力，如果没有铝在铍中起衔接作用就会导致裂纹的生成[12]。

    Robinson. SL采用电子束钎焊Be-38Al，试验结果表明钎焊接头的晶粒细化，塑性略有下降，材料的屈服强度没有明显下降[13]。

    董平研究了预热对激光钎焊铍的影响，结果表明激光束钎焊铍时的温度梯度减小，钎焊缝附近塑性变形区域的残余应力明显减小[14]。

    2 铍的熔化焊

    钎焊最常见的问题是钎料润湿性差，接头综合强度较低。因此对于接头强度要求较高的结构件，钎焊方法就会有一定的困难。而采用熔化焊方法则可以有效提高铍焊接接头的强度。铍的熔化焊有两大难点：一是热影响区(近缝区)受热的作用而导致该区域的性能变坏；二是焊接裂纹。

    铍的熔化焊接所采用的方法有电子束焊、激光焊、钨极气体保护焊等。熔化焊接的关键问题是焊接接头的保护。国外早在20世纪50年代就开始研究铍的碳弧焊、气体保护焊等焊接工艺。即使在充氩的密封小室中焊接，铍的氧化仍然很严重，BeO会影响焊缝表面成形，并增加焊缝产生裂纹的可能性。另外，在铍焊接中选用小电流，高焊速，可以使焊接区冷却速度加大，减小热影响区，避免晶粒长大[15]。Passmore等人在60年xx展了铍的钨极氩弧焊工艺试验，结果表明，焊接线能量的大小与预热温度的高低及焊缝中的铝含量是影响焊接裂纹敏感性的主要因素；减小熔化区宽度也会使裂纹敏感性减小[16-18]。

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