奥氏体不锈钢管是工业应用领域中最重要的钢种。优良的机械性能、耐腐蚀和耐热性能、以及突出的焊接性等,使其在机械制造等诸多领域中得到了广泛的应用。为获得良好的耐蚀和耐热性能,321不锈钢管中加入了一定量的铬、镍、钼、锰、铜、钛、铌等合金元素。但是,大量合金元素的加入,使这种钢的组成及凝固过程复杂化。采用常规焊接方法进行焊接加工,极易造成熔池凝固时产生热裂纹,另一方面熔池金属倾向于形成方向性很强的粗大柱状奥氏体晶粒;在晶界处,碳原子不仅易与铬原子大量化合,造成晶界贫铬,还会与铌、钛等元素大量化合,在腐蚀介质中导致发生焊缝晶间腐蚀和熔合边界的刀状腐蚀。此外,因受到奥氏体不锈钢管自身特性的影响,极易造成焊缝成形不良、焊接热裂纹等焊接缺陷。而晶间腐蚀和焊接热裂纹是采用常规方法焊接321不锈钢管时存在的主要问题。


 真空纤焊技术因为其自身的优越性,最初在航空工业和原子能工业等许多尖端部门得到广泛使用,而近年来,随着科技发展,特别是家电工业(尤其是制冷行业,包括制冷设备,如电冰箱、空调及其三通、四通阀等配件)、汽车工业、电子工业的高速度发展,钎焊技术应用也越来越广泛。国内外对321不锈钢管真空纤焊技术的研究也随之不断深入,主要集中以下几方面:


 321不锈钢管真空钎焊是通过钎料对母材的润湿、溶解和相互作用来实现金属间的连接,因此钎焊时纤料的冶金性能对钎焊的质量起着极其重要的作用,321不锈钢管的研究也因此受到了广泛的重视。添加微量元素,改善钎料性能。早在20世纪中期,国外在研究Ag-Cu纤料钎焊321不锈钢管和陶瓷时,就发现V、Nb、Zr、Hf等元素的添加,可以明显改善纤料对母材的润湿性能。近年研究321不锈钢管钎焊时,又发现钎料中微量的钛元素可以与321不锈钢管反应,降低了321不锈钢管的表面能,使钎料能很好地润混母材,形成良好的纤焊接头。对于321不锈钢管纤焊常用的镍基纤料,国内外学者也先后研究了向钎料中加入了Mn、Co、Sn等合金化元素,以提高银基纤料的冶金性能和轩焊性能。


 微量金属元素的添加可改善钎料对母材的润湿性能,但在真空气氛钎焊时,若纤焊温度过高,会增加母材和纤料中合金元素的挥发量,而影响纤焊质量,因而低熔点纤料的研究成为纤料发展的方向。根据一些研究出的合金的相图可知,一些微量非金属元素的添加,如Si、B、P等,能与金属形成固溶体,降低纤料的熔点,从而能够减少金属元素的蒸发量,并能促进母材与液态纤料的互相溶解,有利于非金属元素的扩散均匀化,有效地减少纤缝中脆性物的生成,能够提高纤焊接头的性能。周继锋,李困亮研究了Cu基钎料中微量元素的添加,对纤焊性能的影响,研制开发了降低Cu基纤料熔点,提高纤焊接头性能的Cu-Si-Mn合金纤料.甘肃工业大学的路文江等研制了低硼低铬的镍基纤料。


 优化钎料成形工艺,提高纤料纤焊性能。纤焊材料的生产与电焊条不同之处是:电焊条的技术关键主要在于配方,而钎料生产的关键则在于生产加工工艺,特别是在钎料的成形技术上。321不锈钢管真空纤焊所用的高温纤料一般由过渡元素如:镍、铁、铬和非金属元素硅、硼、磷等形成的低共熔混合物,这种混合物当以传统晶态结构合成时,所形成的钎料一般都较脆,不能形成连续的箱片状或带状,只能以粉木状形式存在。这种粉末状晶态轩料存在较大的偏析现象,使用晶态纤料纤焊时,由于各相熔点不一致,先是低熔点相熔化,而后高熔点相因流散缓慢而堆积,造成分层现象,会引起纤缝脆化,降低纤焊接头的使用性能。因此料成型工艺,特别是高温纤料成形工艺的研究受到了广泛的重视。


 近年来采用急冷快淬新技术研究和开发非晶态纤料技术取得了突破。利用快速凝固的方法对脆性的高温合金纤料进行非晶加工,可以获得厚度仅为10~50um的箔片状非晶或微品纤料。它具有传统的粉末及粘带状晶态钎料所没有的优点:化学成分均匀致密,杂质及气体含量少,钎焊实施方便,可一次纤焊成功;并且非晶态纤料的成分和组织单一、均匀,纤焊温度上升时,几乎是同时熔化、流动和铺展:非晶态纤料的熔化区间较窄,有利于纤料合金中的B、Si、C等原子吸收较多的能量,增加其活度,提高其扩散速度,从而也能抑止脆性化合物的形成。因此非晶态纤料的研究应用成为321不锈钢管的另一发展方向。