專利名稱：連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)散焊接尤其是涉及連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊新工藝。
擴(kuò)散焊接技術(shù)是二十世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種先進(jìn)的材料連接與接合方法。其產(chǎn)生與發(fā)展的直接推動(dòng)因素是現(xiàn)代電子學(xué)、原子能、航空及宇航等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)π虏牧霞芭c新材料同等重要的材料加工新方法的要求。因而長期以來，主要應(yīng)用于這些工業(yè)先導(dǎo)部門。由于這種工藝制造的復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)具有高質(zhì)量、高精度、不損害材料性能，且?guī)缀醪皇懿馁|(zhì)限制等特點(diǎn)。近年來，國外已開始推廣到一般機(jī)械制造工業(yè)部門，有人預(yù)言，擴(kuò)散焊接必將成為宇宙空間條件下最為有效的接合方法。
根據(jù)目前擴(kuò)散焊發(fā)展情況，它可分為加中間擴(kuò)散層的擴(kuò)散焊和不加中間擴(kuò)散層和擴(kuò)散焊，它們包括氣體保護(hù)擴(kuò)散焊，真空擴(kuò)散焊，溶劑保護(hù)擴(kuò)散焊?，F(xiàn)行的擴(kuò)散焊接工藝都是在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行的。1988年國際工業(yè)出版社出版的“金屬焊接手冊(cè)”P327提到表面防護(hù)被認(rèn)為是必要的措施。如果在隨后處理時(shí)允許再次沾污，則在擴(kuò)散焊前花費(fèi)很大的精力進(jìn)行表面準(zhǔn)備是不合算的。解決這個(gè)潛在困難的措施是在擴(kuò)散焊時(shí)對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的防護(hù)。擴(kuò)散焊時(shí)的真空防護(hù)同表面準(zhǔn)備時(shí)的防護(hù)一樣，可以繼續(xù)擺脫沾污。用氫作擴(kuò)散焊時(shí)的保護(hù)氣氛，有助于使焊接時(shí)生成的氧化物的數(shù)量減至最少，并可減小已有的氧化物。但是，在鈦、鋯、鉿、鈮和鉭合金中將會(huì)生成氫化物，對(duì)焊接性能可能不利。氬、氦和氮在高溫下，可保護(hù)潔凈的表面。當(dāng)使用這些惰性氣體時(shí)，它們的純度必須高。適用于釬焊氣氛的許多預(yù)防措施和原則，均可直接用于擴(kuò)散焊。
真空或保護(hù)氣氛的擴(kuò)散焊工藝，通常為1.表面準(zhǔn)備，①通過機(jī)械磨削，研磨，或拋光使欲焊接的表面達(dá)到一定的表面光潔度，平直度和光滑度，以保證不用大的變形就可使其界面達(dá)到所需要的一致性，②酸洗，通常焊前采用化學(xué)方法腐蝕或酸洗，其主要目的是清除表面上的非金屬膜，最常見的是氧化物，清理零件或清除表面冷卻加工層。③除油，用酒精，三氯乙烯丙酮或洗滌劑進(jìn)行表面除油;2.兩焊接面密合后，放入密閉焊接室，并使焊接付兩端固定，焊接室抽空至10-3-10-5乇或充入惰性氣體;3.升溫加載，擴(kuò)散焊接溫度一般為兩種材料中較低熔點(diǎn)材料的0.6～0.8TM(TM為熔點(diǎn))。加載方式可分為加恒載或膨脹加壓，即焊接付兩端固定，利用升溫時(shí)膨脹而加壓。壓力是擴(kuò)散焊的重要參數(shù)，可在很大范圍內(nèi)變化，由4MPa到276MPa內(nèi)變化。4.保溫，根據(jù)材料而有所不同一般為10～30分鐘，也有長達(dá)數(shù)小時(shí)。由于擴(kuò)散焊接需在真空或嚴(yán)格的保護(hù)氣氛下工作，不僅生產(chǎn)效率低，而且限制焊接工件的尺寸，因焊接尺寸大時(shí)，真空焊接件相應(yīng)增大，真空密封難度增大，抽空時(shí)間增加，因此限制了擴(kuò)散焊接技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊接新工藝。
本發(fā)明的工藝為1.表面準(zhǔn)備，①通過機(jī)械加壓，使焊接面達(dá)到一定光潔度，對(duì)鋼-銅，鋁-鋁△6即可，②不進(jìn)行酸洗，而是用金屬清洗劑對(duì)欲焊接的表面進(jìn)行刷洗，接著用水沖洗，最后用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯進(jìn)行清洗;2.兩焊接面清洗后立即密合放入焊接室，加上初壓P0，P0一般為6MPa～10MPa，并使焊接付兩端固定。3.升溫加載，升溫速度越快越好，開始階段一般為100℃/min，升溫時(shí)由于膨脹而使壓力由P0升高達(dá)最大值PM后，因塑性變形而使壓力降低至Pt(Pt為焊接的溫度)，焊接溫度為0.6～0.8TMo4.保溫10-30分鐘。
迄今為止，人們主要從表面氧化膜的熱力學(xué)穩(wěn)定性出發(fā)，通過控制真空度或保護(hù)氣氛來達(dá)到氧化膜解吸、還原、或阻止其繼續(xù)生長。但在通常的真空或保護(hù)性氣氛擴(kuò)散焊條件下，(真空度10-4～10-5乇)。真空或保護(hù)性氣氛都祗能阻止金屬表面進(jìn)一步氧化;擴(kuò)散焊仍然是在覆蓋有氧化膜表面之間進(jìn)行的，本發(fā)明從這一基本現(xiàn)象出發(fā)，根據(jù)表面氧化膜的機(jī)械不穩(wěn)定性，(由表面粗糙峰塑變或熱膨脹引起的)，及表面自清潔原理，即封閉的內(nèi)表面可以通過擴(kuò)散或合金元素的還原作用使氧化膜消失的構(gòu)想，提出了連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊新工藝。
新工藝通過1.嚴(yán)格的表面清洗，即金屬清洗劑刷洗-水洗-丙酮或二氯乙烷最后清洗的預(yù)處理工藝;2.通過加預(yù)壓及膨脹加壓相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加壓，既保護(hù)了兩焊接面的進(jìn)一步氧化，又促進(jìn)氧化膜機(jī)械不穩(wěn)定性增加以及增加真實(shí)接觸面積實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散焊接。
實(shí)施例銅-鋼擴(kuò)散焊焊接工件尺寸鋼環(huán) 外徑φ48mm，內(nèi)徑φ18mm，高50mm。
銅環(huán) 外徑φ48mm，內(nèi)徑φ18mm，高30mm。
表面加工條件鋼環(huán)，精車銅環(huán)，精車鋼環(huán)，銅環(huán)表面預(yù)處理程序如下，用金屬清洗劑刷洗-用水沖洗洗-用丙酮或二氯乙烷最終清洗。
鋼環(huán)、銅環(huán)表面預(yù)處理后應(yīng)立即進(jìn)行擴(kuò)散焊接。
溫度TM為900℃，時(shí)間為30分鐘，預(yù)壓10N/mm2，峰壓PM42N/mm2，Pt3.8N/mm2，銅-鋼界面結(jié)合強(qiáng)度為170N/mm2，延伸率δ為17.1%，達(dá)到真空擴(kuò)散焊的強(qiáng)度水平。
應(yīng)用新工藝還實(shí)現(xiàn)以下材料組合的擴(kuò)散焊接。
1.鋁-鋁，抗拉強(qiáng)度σ＝35N/mm2，優(yōu)于真空擴(kuò)散焊。
2.鋼-鋼，抗拉強(qiáng)度σ＝410N/mm2，達(dá)到真空擴(kuò)散焊水平。
3.銅-銅，抗拉強(qiáng)度σ＝110N/mm2，接近真空擴(kuò)散焊水平。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.大大簡(jiǎn)化了真空擴(kuò)散焊的工藝不要配備復(fù)雜的真空系統(tǒng)，從而也縮短了生產(chǎn)周期減少了設(shè)備投資或改造的成本。2.有較大的材料適用范圍，可以實(shí)現(xiàn)多種材料及其組合的擴(kuò)散焊接，如鋁-鋁系，鋼-銅系，鋼-鋼系，銅-銅系，銅-硅系等。3.對(duì)那些含有真空揮發(fā)性組元的材料如黃銅(Cu-Zn，Zn具有真空揮發(fā)性)等，具有更大的潛在實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊工藝，它包括a.表面準(zhǔn)備，通過機(jī)械加工使焊接表面達(dá)到一定光潔度，并用化學(xué)方法清洗焊接表面；b.兩焊接面密合后放入焊接室，并使焊接付兩端固定；c.升溫加載，焊接溫度一般為兩種材料中較低熔點(diǎn)材料的0.6～0.8TM(TM為熔點(diǎn))升溫時(shí)由于膨脹使壓力升高，至最大值PM后，因塑性變形而使壓力降低至Pt，(Pt即為焊接時(shí)的壓力)；d.保溫，一般保溫10～30分鐘；其特征在于e.所說b中兩焊接面密合后，加上初壓P0，P0一般為6MPa～10MPa，焊接室為敞開式；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊工藝，其特征在于f.所說a中的化學(xué)方法是用金屬清洗劑對(duì)欲焊接的表面進(jìn)行刷洗，接著，用水沖洗，最后用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯進(jìn)行清洗;g.所說c中升溫速度，開始階段一般100℃/min，焊接時(shí)的壓力Pt為25MPa～45MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)加壓升溫?zé)o保護(hù)氣氛擴(kuò)散焊工藝，它包括a.表面準(zhǔn)備，即通過機(jī)械加工使焊接表面達(dá)到一定光潔度，并用化學(xué)方法清洗焊接表面；b.兩焊接面密合后放入焊接室，并使焊接副兩端固定；c.升溫加載；d.保溫。本發(fā)明特征是兩焊接面密合后，加上初壓P
文檔編號(hào)B23K20/00GK1065616SQ9110237
公開日1992年10月28日 申請(qǐng)日期1991年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月12日
發(fā)明者楊佳榮, 袁延鐘, 周龍華, 陳洪水, 俞一邦 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)