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1、第二章擴(kuò)散(kusn)焊第一頁，共37頁。1擴(kuò)散(kusn)焊缺點u擴(kuò)散焊缺點擴(kuò)散焊缺點u(1)(1)對零件待焊表面的制備和裝配的要求較高對零件待焊表面的制備和裝配的要求較高u(2)(2)焊接熱循環(huán)時間長，生產(chǎn)率低。在某些情況下會焊接熱循環(huán)時間長，生產(chǎn)率低。在某些情況下會產(chǎn)生一些副作用，例如母材晶?？赡苓^度長大產(chǎn)生一些副作用，例如母材晶?？赡苓^度長大u(3)(3)設(shè)備一次性投資較大，而且焊接工件時尺寸受到設(shè)備一次性投資較大，而且焊接工件時尺寸受到設(shè)備的限制設(shè)備的限制u(4)(4)對焊縫的焊合質(zhì)量尚無可靠的無損檢測對焊縫的焊合質(zhì)量尚無可靠的無損檢測(jin c)(jin c)手段手段第二頁，共3

2、7頁。2第一節(jié)第一節(jié) 擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)焊原理焊原理u圖圖2-1 2-1 金屬真實金屬真實(zhnsh)(zhnsh)表面的示意圖表面的示意圖圖2-2 金屬表面吸附層組成示意圖1-極化分子層 2-水吸附層 3-氣體(qt)吸附層 4-氧化層 5-變形區(qū) 6-金屬第三頁，共37頁。31陶瓷加熱(ji r)平合 2真空抽氣系統(tǒng)多 3加熱(ji r)元件 4不誘鋼容器對許多金屬和合金，擴(kuò)散焊溫度(wnd)為0.這種擴(kuò)散焊是利用高壓（例如70MPa)氣體對工件進(jìn)行各向均勻加壓。五、瞬間液相擴(kuò)散(kusn)焊（簡稱TLP法）鎳基合金擴(kuò)散焊多采用低熔點的中間層，此中間層含有(hn yu)能降低絡(luò)點又易于

3、擴(kuò)散到母材的硼，硅等元素。8Tm(K)(Tm為母材熔點），對出現(xiàn)液相的擴(kuò)散焊，加熱溫度(wnd)比中間層材料熔點或共晶反應(yīng)溫度(wnd)稍高一些。這種擴(kuò)散焊是利用高壓（例如70MPa)氣體對工件進(jìn)行各向均勻加壓。三、加中間層擴(kuò)散(kusn)焊（擴(kuò)散(kusn)釬焊）二、中間層材料(cilio)的選擇5底板 6鈦合金擴(kuò)散焊零件 7墊塊5底板 6鈦合金擴(kuò)散焊零件 7墊塊第三節(jié) 擴(kuò)散(kusn)焊工藝對于在高溫下具有超塑性的金屬材料，例如TC4鈦合金，可以在高溫下用較低的壓力同時實現(xiàn)成形和焊接。2除油污(yu w)和表面侵蝕根據(jù)液相檢查的界面長度（L）與其中未焊合的線段長度（L未）來計算焊合率（LL

4、未）/Lx loo%。四、共晶反應(yīng)(fnyng)擴(kuò)散焊一、同種一、同種(tn zhn)金屬擴(kuò)散焊模型金屬擴(kuò)散焊模型圖2-3 擴(kuò)散(kusn)焊的三階段模型a)凹凸不平的初始接觸 b)第一階段：變形和交界面的形成c)第二階段：晶界遷移和微孔消除 d)第三階段：體積擴(kuò)散(kusn)，微孔消除第四頁，共37頁。4影響(yngxing)其擴(kuò)散過程和程度的主要工藝因素 u(1)(1)溫度溫度 影響擴(kuò)散焊進(jìn)程的主要因素是原子的擴(kuò)散，而影響原子擴(kuò)散的主要因素影響擴(kuò)散焊進(jìn)程的主要因素是原子的擴(kuò)散，而影響原子擴(kuò)散的主要因素是濃度梯度和溫度。動力學(xué)理論對溫度在擴(kuò)散焊中的影響提供了定量的解釋，即：是濃度梯度和溫度。

5、動力學(xué)理論對溫度在擴(kuò)散焊中的影響提供了定量的解釋，即：D=D0e-Q/kTD=D0e-Q/kTu式中：式中：D D在在T T溫度下的擴(kuò)散系數(shù)溫度下的擴(kuò)散系數(shù) D0 D0比例常數(shù)比例常數(shù) e e自然對數(shù)的底自然對數(shù)的底u(yù) Q Q擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能 k k波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù) T T絕對溫度絕對溫度 u這個這個(zh ge)(zh ge)公式表明，升高溫度對提高原子擴(kuò)散速度有極大作用，所以擴(kuò)散焊一公式表明，升高溫度對提高原子擴(kuò)散速度有極大作用，所以擴(kuò)散焊一般都在高于般都在高于1/21/2金屬的熔化溫度下進(jìn)行金屬的熔化溫度下進(jìn)行u(2)(2)壓力壓力 壓力主要影響擴(kuò)散焊第一階段的進(jìn)行。如壓力過

6、低，則表層塑性變形不壓力主要影響擴(kuò)散焊第一階段的進(jìn)行。如壓力過低，則表層塑性變形不足，表面形成物理接觸的過程進(jìn)行不徹底，界面上殘留的孔洞過大且過多。較高的足，表面形成物理接觸的過程進(jìn)行不徹底，界面上殘留的孔洞過大且過多。較高的擴(kuò)散壓力可產(chǎn)生較大的表層塑性變形，還可使表層再結(jié)晶溫度降低，加速晶界遷移擴(kuò)散壓力可產(chǎn)生較大的表層塑性變形，還可使表層再結(jié)晶溫度降低，加速晶界遷移u(3)(3)時間時間 擴(kuò)散焊三個階段的進(jìn)行均需要較長的時間。如擴(kuò)散時間過短，嚴(yán)重時會擴(kuò)散焊三個階段的進(jìn)行均需要較長的時間。如擴(kuò)散時間過短，嚴(yán)重時會導(dǎo)致焊縫中殘留有許多孔洞，影響接頭性能。導(dǎo)致焊縫中殘留有許多孔洞，影響接頭性能。第

7、五頁，共37頁。5二、瞬間二、瞬間(shn jin)液相擴(kuò)散焊過程液相擴(kuò)散焊過程 圖圖2-4 2-4 瞬間液相擴(kuò)散焊接過程瞬間液相擴(kuò)散焊接過程(guchng)(guchng)示意圖示意圖a a）擴(kuò)散前準(zhǔn)備好的組合件）擴(kuò)散前準(zhǔn)備好的組合件 b b）加熱到焊接溫度）加熱到焊接溫度 c)c)在焊接溫度下擴(kuò)散在焊接溫度下擴(kuò)散使接頭等溫凝固使接頭等溫凝固 d d）等溫凝固完成，繼續(xù)均勻化）等溫凝固完成，繼續(xù)均勻化 e)e)完全均勻化的焊縫完全均勻化的焊縫第六頁，共37頁。6三、其它(qt)擴(kuò)散焊問題 u對子異種對子異種(y zhn)材料（包括非金屬材料，如陶材料（包括非金屬材料，如陶瓷、石墨等）的擴(kuò)散焊

8、和雖有中間層，但中聞層不瓷、石墨等）的擴(kuò)散焊和雖有中間層，但中聞層不熔化的擴(kuò)散焊熔化的擴(kuò)散焊 u在異種在異種(y zhn)金屬金屬A與與B擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊 第七頁，共37頁。7第二節(jié)第二節(jié) 擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)焊種類焊種類u一、同種(tn zhn)材料擴(kuò)散焊u同種(tn zhn)材料擴(kuò)散焊通常指不加中間層的兩同種(tn zhn)金屬直接接觸的擴(kuò)散焊。對這種類型的擴(kuò)散焊，一般要求待焊表面制備質(zhì)量較高，焊接時要求施加較大的壓力。焊后接頭的成分、組織與母材基本一致。氧溶解度大的金屬如鈦、銅、鐵、鋯、鉭等最易焊接，鋁及其合金，含鋁、鉻、鈦的鐵基及鈷基合金則因容易形成氧化物而難于焊接。第八頁，共37頁。8二

9、、異種材料二、異種材料(cilio)擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊u異種材料擴(kuò)散焊是指異種金屬或金屬與陶瓷，石墨等非金屬的擴(kuò)散焊。進(jìn)行這種類型的擴(kuò)散焊時，可能出現(xiàn)下列現(xiàn)象：u1由于膨脹系數(shù)不同而在結(jié)合面上出現(xiàn)熱應(yīng)力。u2在結(jié)合面上由于冶金反應(yīng)而產(chǎn)生低熔點共晶組織或者(huzh)形成脆性金屬間化合物。u3由于擴(kuò)散系數(shù)不同而在接頭中形成擴(kuò)散孔洞。u4由于兩種金屬的電化學(xué)性能不同，接頭易出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕 第九頁，共37頁。9三、加中間層擴(kuò)散三、加中間層擴(kuò)散(kusn)焊（擴(kuò)散焊（擴(kuò)散(kusn)釬焊）釬焊）u當(dāng)用上述兩種方法難以焊接或效果較差時，可在被焊材料(cilio)之間加入一層金屬或合金（稱為中間層或擴(kuò)散劑），這

10、樣就可以焊接很多難焊的或冶金上不相容的異種材料(cilio)。在焊接過程中，中間層經(jīng)過充分?jǐn)U散后，其成分逐漸接近母材冷卻后在金相照片中不存在單獨的一層。如中間層選用熔點低于焊接溫度的材料(cilio)，則焊接時中間層熔化為液相而起作用在這種情況下的擴(kuò)散焊有人稱它為，擴(kuò)散釬焊。第十頁，共37頁。10a)凹凸不平的初始接觸 b)第一階段：變形和交界面的形成4保護(hù)(boh)氣氛圖24 瞬間液相擴(kuò)散焊接過程(guchng)示意圖a）擴(kuò)散前準(zhǔn)備好的組合件 b）加熱到焊接溫度 c)在焊接溫度下擴(kuò)散使接頭等溫凝固 d）等溫凝固完成，繼續(xù)均勻化 e)完全均勻化的焊縫1陶瓷加熱(ji r)平合 2真空抽氣系統(tǒng)多

11、 3加熱(ji r)元件 4不誘鋼容器這種擴(kuò)散焊是利用高壓（例如70MPa)氣體對工件進(jìn)行各向均勻加壓。第二十九頁，共37頁。二、鎳基合金的擴(kuò)散(kusn)焊c)桁條芯夾層(jicng)結(jié)構(gòu)(三層板)d)蜂窩夾層(jicng)結(jié)構(gòu)(四層板)根據(jù)液相檢查的界面長度（L）與其中未焊合的線段長度（L未）來計算焊合率（LL未）/Lx loo%。因此(ync)所選擇的中間層材料應(yīng)是 四、共晶反應(yīng)(fnyng)擴(kuò)散焊u共晶反應(yīng)擴(kuò)散焊是利用在某一溫度下，待焊異種金屬共晶反應(yīng)擴(kuò)散焊是利用在某一溫度下，待焊異種金屬之間會形成低熔點共晶的特點來加速擴(kuò)散焊接過程的之間會形成低熔點共晶的特點來加速擴(kuò)散焊接過程的一種擴(kuò)

12、散焊。焊接時選用一種擴(kuò)散焊。焊接時選用(xunyng)略高于共晶點的略高于共晶點的焊接溫度，利用焊接過程中產(chǎn)生的微量共晶液相，填焊接溫度，利用焊接過程中產(chǎn)生的微量共晶液相，填充界面之間的空隙，以縮短焊接過程。不過，一旦液充界面之間的空隙，以縮短焊接過程。不過，一旦液相形成之后應(yīng)立即降溫，使之凝固以免繼續(xù)生成過相形成之后應(yīng)立即降溫，使之凝固以免繼續(xù)生成過量的液相。降溫后再使之經(jīng)過充分的高溫擴(kuò)散處理，量的液相。降溫后再使之經(jīng)過充分的高溫擴(kuò)散處理，消除鑄態(tài)組織。由于共晶反應(yīng)擴(kuò)散焊要求對溫度控制消除鑄態(tài)組織。由于共晶反應(yīng)擴(kuò)散焊要求對溫度控制較嚴(yán)，因而實際上較少采用。較嚴(yán)，因而實際上較少采用。第十一頁，

13、共37頁。11五、瞬間液相擴(kuò)散五、瞬間液相擴(kuò)散(kusn)焊（簡稱焊（簡稱TLP法）法）u隨著擴(kuò)散焊工藝的發(fā)展，當(dāng)將共晶反應(yīng)擴(kuò)散焊原理應(yīng)用于加中間層擴(kuò)散焊時，出現(xiàn)了瞬間液相擴(kuò)散焊，它可降低待焊表面制備的質(zhì)量要求，減少焊接(hnji)時間，提高接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性。它常在待焊的表面間加一層有利于擴(kuò)散的中間材料，焊接(hnji)時，很薄的中間層在加熱過程中與母材發(fā)生共晶反應(yīng)，形成極薄的液相膜此液膜填充整個接頭間隙后，再使之等溫凝固并進(jìn)行均勻化擴(kuò)散處理，從而獲得成分和組織在接頭縱斷面上較為均勻的接頭。第十二頁，共37頁。12瞬間(shn jin)液相擴(kuò)散焊過程 l圖圖2-4 瞬間液相擴(kuò)散焊接過程示意圖瞬

14、間液相擴(kuò)散焊接過程示意圖la）擴(kuò)散前準(zhǔn)備好的組合件）擴(kuò)散前準(zhǔn)備好的組合件 b）加熱到焊接溫度）加熱到焊接溫度 c)在焊接溫度下擴(kuò)散使接頭等溫凝固在焊接溫度下擴(kuò)散使接頭等溫凝固 d）等溫凝固）等溫凝固完成，繼續(xù)均勻化完成，繼續(xù)均勻化 e)完全完全(wnqun)均勻化的焊縫均勻化的焊縫 第十三頁，共37頁。13六、熱等靜壓擴(kuò)散六、熱等靜壓擴(kuò)散(kusn)焊焊u這種擴(kuò)散焊是利用高壓（例如這種擴(kuò)散焊是利用高壓（例如70MPa)氣氣體對工件進(jìn)行各向均勻加壓。它與機(jī)械式體對工件進(jìn)行各向均勻加壓。它與機(jī)械式加壓比較，有加壓均勻，不易損壞構(gòu)件的加壓比較，有加壓均勻，不易損壞構(gòu)件的優(yōu)點，因而特別適合優(yōu)點，因而特

15、別適合(shh)于脆性材料的于脆性材料的擴(kuò)散焊。由于設(shè)備特殊（常用制造粉末冶擴(kuò)散焊。由于設(shè)備特殊（常用制造粉末冶金的熱等靜壓設(shè)備），目前未能披廣泛采金的熱等靜壓設(shè)備），目前未能披廣泛采用。用。第十四頁，共37頁。14七、超塑成型七、超塑成型(chngxng)擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊（簡稱（簡稱SPF-DB)u對于在高溫下具有超塑性的金屬材料，例如TC4鈦合金，可以在高溫下用較低的壓力同時實現(xiàn)成形和焊接。采用此種組合工藝的條件之一是材料的超塑性成形溫度與擴(kuò)散焊接溫度相近。該工藝方法的特點是擴(kuò)散焊在低真空下完成(wn chng)，擴(kuò)散焊壓力為氣體壓力以保證對板材加壓均勻。第十五頁，共37頁。15第三節(jié)第三節(jié)

16、擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)(kusn)焊工藝焊工藝u為獲得為獲得(hud)優(yōu)質(zhì)的擴(kuò)散焊接頭，除根據(jù)所焊優(yōu)質(zhì)的擴(kuò)散焊接頭，除根據(jù)所焊部件的材料、形狀和尺寸等選擇合適的擴(kuò)散焊部件的材料、形狀和尺寸等選擇合適的擴(kuò)散焊方法和設(shè)備外，精心制備待焊零件，選取合適方法和設(shè)備外，精心制備待焊零件，選取合適的焊接條件并在焊接過程中控制主要工藝參數(shù)的焊接條件并在焊接過程中控制主要工藝參數(shù)是極其重要的。另外，從冶金因素考慮仔細(xì)選是極其重要的。另外，從冶金因素考慮仔細(xì)選擇合適韻中間層和其他輔助材料也是十分重要擇合適韻中間層和其他輔助材料也是十分重要的。焊接的加熱溫度、對工件施加的壓力以及的。焊接的加熱溫度、對工件施加的壓力以及擴(kuò)散的時間是主要的工藝參數(shù)擴(kuò)散的時間是主要的工藝參數(shù) 第十六頁，共37頁。16一、工件待焊表面的制備一、工件待焊表面的制備(zhbi)和清理和清理u1表面機(jī)加工表面機(jī)加工u2除油污除油污(yu w)和表面侵蝕和表面侵蝕第十七頁，共37頁。17二、中間層材料二、中間層材料(cilio)的選的選擇擇u中間層的作用中間層的作用(zuyng)是：是：u1)改善表面接觸，從而降低對待焊表面制備質(zhì)量的要求