扩散焊技术讲解.ppt

03.09.98 焊接技术分类 扩散焊 扩散焊 扩散焊 * * ? Copyright by Herrmann Ultraschalltechnik GmbH Co. KG 低温焊接技术 扩散焊 摩擦焊 冷金属过渡焊接（CMT) 许志武 博士/副教授 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室 固相连接： 扩散焊 摩擦焊 超声波焊 爆炸焊 段焊 焊接原理： 在真空或惰性环境下，将两个待焊试件紧密接触，加热至低于固相线的温度（T=0.5-0.8Tm),在一定的压力作用下，首先界面局部接触塑性变形，促使氧化膜破碎分解；当达到净面接触时，为原子间扩散创造了条件，同时界面上的氧化物被溶解吸收；继而再结晶组织生长，晶界移动，有时出现联生晶及金属间化合物，经过一段时间后构成牢固一体的焊接接头。 焊接特性： (1)扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同，不存在熔化缺陷 (2)焊接温度低，母材损伤小 (3)可进行内部及多点、大面积焊接 (4)微变形、小应力、高精密 (5)适合于塑性差或熔点及耐热材料的同种和异种、多层材料间连接（扩散焊的研究和实际应用中，70%涉及异种材料的连接） (6)表面制备要求高 (7)焊接和辅助时间长 (8)设备一次性投资大，工件尺寸受到设备限制 焊接设备： 技术指标下：(1) 极限真空度： 2×10-4Pa（冷态）2×10-3Pa（热态）(2) 压升率 ≤0.5Pa/h(3) 高频加热功率 25KW(4) 加压范围 300N-40000N， 控制精度±3% (5) 最高加热温度 1300℃，控制精度±1℃ (6) 位移测量范围 -2-+3mm，测量精度 1‰(7) 真空室尺寸 φ350×350mm 真空系统、加压系统、加热系统、控制及测量系统 焊接过程： （1）工件表面处理 平整，Ra一般＜0.8；无油污 （2）工件装配 中间层选择（塑性好；含加速扩散元素，如B、P、Si等；有活化作用；不与母材发生有害反应等，厚度一般为几十微米）、放置 阻焊剂（熔点或软化点高于焊接温度；化学稳定性好） （3）装炉 （4）焊接 （5）炉冷 扩散焊 1）连接温度 2）连接时间 SiC/Ti 反应层厚度与温度及时间的关系 SiC-Nb 界面反应层厚度与时间的关系 焊接工艺参数： 3）连接压力 4）表面加工状态 Si3N4-Al 表面粗糙度对接头弯曲强度的影响 5）连接气氛 6）中间层的选择 环境条件对Si3N4/Al/Si3N4 接头抗弯强度的影响 降低连接温度 减小连接压力 降低界面应力集中 典型焊接构件 铝－钛 钛－不锈钢 铝－铜 铝－不锈钢 衍生技术： 扩散焊 （1）过渡液相扩散连接 （2）热轧扩散连接 （3）超塑性扩散连接 原理：Transient Liquid Phase Bonding 1）焊接温度达到中间层的熔点而使其熔化成液相，或加热条件下，通过中间层金属与基体金属相互扩散，达到低熔点共晶成分而形成液相共晶； 2）形成的共晶薄膜在较小压力下润湿母材，然后保持恒定温度使中间层与母材之间的扩散继续进行，达到最大液相量； 3）元素继续扩散，达到固、液相线之间的成分时开始等温凝固； 4）完全凝固后经过均匀化，形成与母材组织成分一致的焊接接头。 （1）过渡液相扩散焊 优点： 焊接温度低； 液体金属原子运动较为自由，扩散速度快； 压力作用下液相薄膜更易破坏界面连续的氧化膜并能消除接头表面的油污； 液相层在压力条件下凝固，最后所得组织致密，易得到与母材组织近似的接头。 压力 Al—Ga 26.6℃ Al—Li 180℃ Al—Zn 381℃ Al—Ge 420℃ Al—Mg 450℃ Al—Cu 548℃ Al—Ag 577℃ Al—Si 577℃ Al—Ni 639 ℃ (1) 利用非金属中间层：玻璃 (2) 利用组合金属中间层：低/高/低 陶瓷材料瞬间液相扩散焊过程示意图 熔化的B 或 AB 的界面产物可以和陶瓷连接。 A 是高熔点元素且线膨胀系数和复合材料相似。 高熔点的中间层能够消耗低熔点层，形成高熔 点的合金或反应产物。 中间层的选择原则： B A B （1）过渡液相扩散焊 陶瓷材料瞬间液相扩散焊常用复合中间层 （2）热轧扩散焊 将构件在真空环境下加热至一定温度，随后通过辊轧力使连接界面的金属发生塑性融合，实现连接 典型界面特征 优点： （1）焊接温度低，材料连接面无有害反应 （2）适合双金属与多金属的较大面积连接 （