連續加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝的製作方法

2023-10-05 23:16:19 1

專利名稱：連續加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及擴散焊接尤其是涉及連續加壓升溫無保護氣氛擴散焊新工藝。
擴散焊接技術是二十世紀中期發展起來的一種先進的材料連接與接合方法。其產生與發展的直接推動因素是現代電子學、原子能、航空及宇航等高技術領域對新材料及與新材料同等重要的材料加工新方法的要求。因而長期以來，主要應用於這些工業先導部門。由於這種工藝製造的複合材料與結構具有高質量、高精度、不損害材料性能，且幾乎不受材質限制等特點。近年來，國外已開始推廣到一般機械製造工業部門，有人預言，擴散焊接必將成為宇宙空間條件下最為有效的接合方法。
根據目前擴散焊發展情況，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。現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。如果在隨後處理時允許再次沾汙，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，可以繼續擺脫沾汙。用氫作擴散焊時的保護氣氛，有助於使焊接時生成的氧化物的數量減至最少，並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，可保護潔淨的表面。當使用這些惰性氣體時，它們的純度必須高。適用於釺焊氣氛的許多預防措施和原則，均可直接用於擴散焊。
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，通常焊前採用化學方法腐蝕或酸洗，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;2.兩焊接面密合後，放入密閉焊接室，並使焊接付兩端固定，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)。加載方式可分為加恆載或膨脹加壓，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，可在很大範圍內變化，由4MPa到276MPa內變化。4.保溫，根據材料而有所不同一般為10～30分鐘，也有長達數小時。由於擴散焊接需在真空或嚴格的保護氣氛下工作，不僅生產效率低，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在工業中的應用。
本發明的目的是提供一種連續加壓升溫無保護氣氛擴散焊接新工藝。
本發明的工藝為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，接著用水衝洗，最後用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯進行清洗;2.兩焊接面清洗後立即密合放入焊接室，加上初壓P0，P0一般為6MPa～10MPa，並使焊接付兩端固定。3.升溫加載，升溫速度越快越好，開始階段一般為100℃/min，升溫時由於膨脹而使壓力由P0升高達最大值PM後，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穩定性出發，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，本發明從這一基本現象出發，根據表面氧化膜的機械不穩定性，(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想，提出了連續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-丙酮或二氯乙烷最後清洗的預處理工藝;2.通過加預壓及膨脹加壓相結合，實現連續加壓，既保護了兩焊接面的進一步氧化，又促進氧化膜機械不穩定性增加以及增加真實接觸面積實現擴散焊接。
實施例銅-鋼擴散焊焊接工件尺寸鋼環 外徑φ48mm，內徑φ18mm，高50mm。
銅環 外徑φ48mm，內徑φ18mm，高30mm。
表面加工條件鋼環，精車銅環，精車鋼環，銅環表面預處理程序如下，用金屬清洗劑刷洗-用水衝洗洗-用丙酮或二氯乙烷最終清洗。
鋼環、銅環表面預處理後應立即進行擴散焊接。
溫度TM為900℃，時間為30分鐘，預壓10N/mm2，峰壓PM42N/mm2，Pt3.8N/mm2，銅-鋼界面結合強度為170N/mm2，延伸率δ為17.1%，達到真空擴散焊的強度水平。
應用新工藝還實現以下材料組合的擴散焊接。
1.鋁-鋁，抗拉強度σ＝35N/mm2，優於真空擴散焊。
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。
本發明的優點是1.大大簡化了真空擴散焊的工藝不要配備複雜的真空系統，從而也縮短了生產周期減少了設備投資或改造的成本。2.有較大的材料適用範圍，可以實現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-矽系等。3.對那些含有真空揮發性組元的材料如黃銅(Cu-Zn，Zn具有真空揮發性)等，具有更大的潛在實用價值。
權利要求
1.一種連續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，並用化學方法清洗焊接表面；b.兩焊接面密合後放入焊接室，並使焊接付兩端固定；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)升溫時由於膨脹使壓力升高，至最大值PM後，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；其特徵在於e.所說b中兩焊接面密合後，加上初壓P0，P0一般為6MPa～10MPa，焊接室為敞開式；
2.根據權利要求1所述的一種連續加壓升溫無保護氣氛擴散焊工藝，其特徵在於f.所說a中的化學方法是用金屬清洗劑對欲焊接的表面進行刷洗，接著，用水衝洗，最後用二氯乙烷，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
本發明公開了一種連續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，並用化學方法清洗焊接表面；b.兩焊接面密合後放入焊接室，並使焊接副兩端固定；c.升溫加載；d.保溫。本發明特徵是兩焊接面密合後，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 優先權日1991年4月12日
發明者楊佳榮, 袁延鍾, 周龍華, 陳洪水, 俞一邦 申請人:浙江大學