專利名稱：連續(xù)加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴散焊接尤其是涉及連續(xù)加壓升溫無保護氣氛擴散焊新工藝。
擴散焊接技術(shù)是二十世紀中期發(fā)展起來的一種先進的材料連接與接合方法。其產(chǎn)生與發(fā)展的直接推動因素是現(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。近年來，國外已開始推廣到一般機械制造工業(yè)部門，有人預(yù)言，擴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)目前擴散焊發(fā)展情況，它可分為加中間擴散層的擴散焊和不加中間擴散層和擴散焊，它們包括氣體保護擴散焊，真空擴散焊，溶劑保護擴散焊?，F(xiàn)行的擴散焊接工藝都是在真空或保護氣氛下進行的。1988年國際工業(yè)出版社出版的“金屬焊接手冊”P327提到表面防護被認為是必要的措施。如果在隨后處理時允許再次沾污，則在擴散焊前花費很大的精力進行表面準備是不合算的。解決這個潛在困難的措施是在擴散焊時對環(huán)境進行有效的防護。擴散焊時的真空防護同表面準備時的防護一樣，可以繼續(xù)擺脫沾污。用氫作擴散焊時的保護氣氛，有助于使焊接時生成的氧化物的數(shù)量減至最少，并可減小已有的氧化物。但是，在鈦、鋯、鉿、鈮和鉭合金中將會生成氫化物，對焊接性能可能不利。氬、氦和氮在高溫下，可保護潔凈的表面。當使用這些惰性氣體時，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，均可直接用于擴散焊。
真空或保護氣氛的擴散焊工藝，通常為1.表面準備，①通過機械磨削，研磨，或拋光使欲焊接的表面達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，擴散焊接溫度一般為兩種材料中較低熔點材料的0.6～0.8TM(TM為熔點)。加載方式可分為加恒載或膨脹加壓，即焊接付兩端固定，利用升溫時膨脹而加壓。壓力是擴散焊的重要參數(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，也有長達數(shù)小時。由于擴散焊接需在真空或嚴格的保護氣氛下工作，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，真空焊接件相應(yīng)增大，真空密封難度增大，抽空時間增加，因此限制了擴散焊接技術(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)加壓升溫無保護氣氛擴散焊接新工藝。
本發(fā)明的工藝為1.表面準備，①通過機械加壓，使焊接面達到一定光潔度，對鋼-銅，鋁-鋁△6即可，②不進行酸洗，而是用金屬清洗劑對欲焊接的表面進行刷洗，接著用水沖洗，最后用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯進行清洗;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，升溫時由于膨脹而使壓力由P0升高達最大值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氣氛來達到氧化膜解吸、還原、或阻止其繼續(xù)生長。但在通常的真空或保護性氣氛擴散焊條件下，(真空度10-4～10-5乇)。真空或保護性氣氛都祗能阻止金屬表面進一步氧化;擴散焊仍然是在覆蓋有氧化膜表面之間進行的，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)加壓升溫無保護氣氛擴散焊新工藝。
新工藝通過1.嚴格的表面清洗，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，實現(xiàn)連續(xù)加壓，既保護了兩焊接面的進一步氧化，又促進氧化膜機械不穩(wěn)定性增加以及增加真實接觸面積實現(xiàn)擴散焊接。
實施例銅-鋼擴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)立即進行擴散焊接。
溫度TM為900℃，時間為30分鐘，預(yù)壓10N/mm2，峰壓PM42N/mm2，Pt3.8N/mm2，銅-鋼界面結(jié)合強度為170N/mm2，延伸率δ為17.1%，達到真空擴散焊的強度水平。
應(yīng)用新工藝還實現(xiàn)以下材料組合的擴散焊接。
1.鋁-鋁，抗拉強度σ＝35N/mm2，優(yōu)于真空擴散焊。
2.鋼-鋼，抗拉強度σ＝410N/mm2，達到真空擴散焊水平。
3.銅-銅，抗拉強度σ＝110N/mm2，接近真空擴散焊水平。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.大大簡化了真空擴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，可以實現(xiàn)多種材料及其組合的擴散焊接，如鋁-鋁系，鋼-銅系，鋼-鋼系，銅-銅系，銅-硅系等。3.對那些含有真空揮發(fā)性組元的材料如黃銅(Cu-Zn，Zn具有真空揮發(fā)性)等，具有更大的潛在實用價值。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝，它包括a.表面準備，通過機械加工使焊接表面達到一定光潔度，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材料的0.6～0.8TM(TM為熔點)升溫時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)加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝，其特征在于f.所說a中的化學(xué)方法是用金屬清洗劑對欲焊接的表面進行刷洗，接著，用水沖洗，最后用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯進行清洗;g.所說c中升溫速度，開始階段一般100℃/min，焊接時的壓力Pt為25MPa～45MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝，它包括a.表面準備，即通過機械加工使焊接表面達到一定光潔度，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B23K20/00GK1065616SQ9110237
公開日1992年10月28日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)