[发明专利]连续加压升温无保护气氛扩散焊工艺

说明书

本发明涉及扩散焊接尤其是涉及连续加压升温无保护气氛扩散焊新工艺。

扩散焊接技术是二十世纪中期发展起来的一种先进的材料连接与接合方法。其产生与发展的直接推动因素是现代电子学、原子能、航空及宇航等高技术领域对新材料及与新材料同等重要的材料加工新方法的要求。因而长期以来，主要应用于这些工业先导部门。由于这种工艺制造的复合材料与结构具有高质量、高精度、不损害材料性能，且几乎不受材质限制等特点。近年来，国外已开始推广到一般机械制造工业部门，有人预言，扩散焊接必将成为宇宙空间条件下最为有效的接合方法。

根据目前扩散焊发展情况，它可分为加中间扩散层的扩散焊和不加中间扩散层和扩散焊，它们包括气体保护扩散焊，真空扩散焊，溶剂保护扩散焊。现行的扩散焊接工艺都是在真空或保护气氛下进行的。1988年国际工业出版社出版的“金属焊接手册”P327提到：表面防护被认为是必要的措施。如果在随后处理时允许再次沾污，则在扩散焊前花费很大的精力进行表面准备是不合算的。解决这个潜在困难的措施是在扩散焊时对环境进行有效的防护。扩散焊时的真空防护同表面准备时的防护一样，可以继续摆脱沾污。用氢作扩散焊时的保护气氛，有助于使焊接时生成的氧化物的数量减至最少，并可减小已有的氧化物。但是，在钛、锆、铪、铌和钽合金中将会生成氢化物，对焊接性能可能不利。氩、氦和氮在高温下，可保护洁净的表面。当使用这些惰性气体时，它们的纯度必须高。适用于钎焊气氛的许多预防措施和原则，均可直接用于扩散焊。

真空或保护气氛的扩散焊工艺，通常为：1.表面准备，①通过机械磨削，研磨，或抛光使欲焊接的表面达到一定的表面光洁度，平直度和光滑度，以保证不用大的变形就可使其界面达到所需要的一致性，②酸洗，通常焊前采用化学方法腐蚀或酸洗，其主要目的是：清除表面上的非金属膜，最常见的是氧化物，清理零件或清除表面冷却加工层。③除油，用酒精，三氯乙烯丙酮或洗涤剂进行表面除油;2.两焊接面密合后，放入密闭焊接室，并使焊接付两端固定，焊接室抽空至10^-3-10^-5乇或充入惰性气体;3.升温加载，扩散焊接温度一般为两种材料中较低熔点材料的0.6～0.8T_M（T_M为熔点）。加载方式可分为加恒载或膨胀加压，即焊接付两端固定，利用升温时膨胀而加压。压力是扩散焊的重要参数，可在很大范围内变化，由4MPa到276MPa内变化。4.保温，根据材料而有所不同一般为10～30分钟，也有长达数小时。由于扩散焊接需在真空或严格的保护气氛下工作，不仅生产效率低，而且限制焊接工件的尺寸，因焊接尺寸大时，真空焊接件相应增大，真空密封难度增大，抽空时间增加，因此限制了扩散焊接技术在工业中的应用。

本发明的目的是提供一种连续加压升温无保护气氛扩散焊接新工艺。

本发明的工艺为：1.表面准备，①通过机械加压，使焊接面达到一定光洁度，对钢-铜，铝-铝△₆即可，②不进行酸洗，而是用金属清洗剂对欲焊接的表面进行刷洗，接着用水冲洗，最后用二氯乙烷，丙酮或三氯乙烯进行清洗;2.两焊接面清洗后立即密合放入焊接室，加上初压P₀，P₀一般为6MPa～10MPa，并使焊接付两端固定。3.升温加载，升温速度越快越好，开始阶段一般为100℃/min， 升温时由于膨胀而使压力由P₀升高达最大值P_M后，因塑性变形而使压力降低至P_t（P_t为焊接的温度），焊接温度为0.6～0.8T_Mo4.保温10-30分钟。

迄今为止，人们主要从表面氧化膜的热力学稳定性出发，通过控制真空度或保护气氛来达到氧化膜解吸、还原、或阻止其继续生长。但在通常的真空或保护性气氛扩散焊条件下，（真空度10^-4～10^-5乇）。真空或保护性气氛都祗能阻止金属表面进一步氧化;扩散焊仍然是在覆盖有氧化膜表面之间进行的，本发明从这一基本现象出发，根据表面氧化膜的机械不稳定性，（由表面粗糙峰塑变或热膨胀引起的），及表面自清洁原理，即封闭的内表面可以通过扩散或合金元素的还原作用使氧化膜消失的构想，提出了连续加压升温无保护气氛扩散焊新工艺。