3.2.1.5壓力擴(kuò)散焊接

壓力焊是靠壓力使需焊接材料的接觸表面熔焊在一起,不用過(guò)渡金屬。壓力擴(kuò)散焊接主要分電阻焊和擴(kuò)散焊。

A電阻焊

電阻焊是將金屬被焊件組合后壓緊于兩銅電極之間,在焊接件相互壓緊的情況下,對(duì)被焊工件通以大電流,利用高強(qiáng)度的電流流經(jīng)工件接頭的接觸面及鄰近區(qū)域所產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài),從而將被焊件結(jié)合的一種焊接方法。這種電阻焊通常稱為點(diǎn)焊,廣泛用于真空室內(nèi)零件的焊接。特點(diǎn)是:焊接點(diǎn)牢固,沒有污染,不影響真空系統(tǒng)達(dá)到超高真空狀態(tài)。縫焊是點(diǎn)焊的發(fā)展形式,可用來(lái)焊接厚度小于2mm的迭片金屬零件,而且接頭很牢固。

B真空擴(kuò)散焊

a真空擴(kuò)散焊接原理與應(yīng)用特點(diǎn)

真空(保護(hù)氣體)擴(kuò)散焊接技術(shù)是在**的真空度條件下或保護(hù)氣氛(氫、氬等)的保護(hù)下,將兩個(gè)平整光潔的待焊接表面加熱到**的溫度,在不加任何焊料或中間金屬的情況下,在溫度和壓力的同時(shí)作用下,發(fā)生微觀塑性流變后相互緊密接觸,利用焊件接觸表面的電子、原子或分子互相擴(kuò)散轉(zhuǎn)移,并且形成離子鍵、金屬鍵或共價(jià)鍵,經(jīng)一段時(shí)間保溫,使焊接區(qū)的成分、組織均勻化,以達(dá)到**的冶金連接過(guò)程。由此可見,擴(kuò)散焊接主要是依靠焊接表面發(fā)生微觀塑性流變后,達(dá)到緊密接觸,使原子相互大量擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)焊接的。它能夠完成用其他焊接方法難以實(shí)現(xiàn)的焊接工作,而且還可以實(shí)現(xiàn)溶解、高熔點(diǎn)金屬以及非金屬等異種材料之間的焊接,使它們均能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。擴(kuò)散焊接的焊面必須無(wú)氧化物和無(wú)油脂等真空擴(kuò)散焊接的特點(diǎn)是:(1)焊接過(guò)程是在**沒有液相或僅有**過(guò)渡相參加的情況下形成接頭后再經(jīng)擴(kuò)散處理的過(guò)程。焊縫成分和組織可以**與基體一致,接頭內(nèi)不殘留任何鑄態(tài)組織,原始界面**消失,因此能保持原有基金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。(2)擴(kuò)散焊由于基體不過(guò)熱或熔化,因此幾乎可以在不破壞被焊材料性能的情況下,焊接**金屬和非金屬材料。特別適用于焊接一般焊接方法難以實(shí)現(xiàn),或雖可焊接但性能和結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中容易受到嚴(yán)重破壞的材料,如彌散強(qiáng)化的高溫合金、纖維強(qiáng)化的硼-鋁復(fù)合材料等。(3)可焊接不同類型,甚至差別很大的材料,包括異種金屬、金屬與金屬封接等冶金上**互不相溶的材料。(4)可焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及厚薄相差很大的工件。(5)加熱均勻、焊件不變形、不產(chǎn)生殘余應(yīng)力,使工件保持較高精度的幾何尺寸和形狀。

真空擴(kuò)散焊接的具體應(yīng)用:鋁合金與不銹鋼的焊接;鈦合金與95%氧化鋁金屬封接的封接;無(wú)氧銅、鍍鎳可伐及蒙乃爾合金與95%氧化鋁金屬封接和99.5%氧化鋁的封接。這些材料的主要特點(diǎn)是材料對(duì)氧的親和力很大,并形成穩(wěn)定致密的氧化膜,尤其是在高溫狀態(tài)下對(duì)氣體具有很大的化學(xué)活潑性,晶體組織及性能容易發(fā)生變化。另外,它還具有很強(qiáng)的吸氣現(xiàn)象,特別是對(duì)氧和氮更為嚴(yán)重等,這些特點(diǎn)是焊接鈦合金時(shí)遇到的主要困難。

b真空擴(kuò)散焊接工藝

首先,對(duì)工件表面進(jìn)行精細(xì)加工,經(jīng)過(guò)預(yù)先研磨拋光,加工出合乎要求的表面粗糙度,然后將工件進(jìn)行清洗。清洗的工序是為了除去材料表面的油脂、氧化膜及其他吸附層,因?yàn)檫@對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)的接頭是**的障礙,較好的清洗方法是將焊接工件在HNO2-HF溶液中進(jìn)行酸洗,然后把清洗好的工件放入烘箱中烘烤。裝配工件時(shí)必須使平整光滑的焊接面緊密貼合、定位、壓緊、裝配完畢后放入真空室內(nèi)，當(dāng)真空度達(dá)到所需要的數(shù)值時(shí),焊接設(shè)備開始升溫、加壓,進(jìn)行擴(kuò)散焊接。

溫度、壓力、時(shí)間是真空擴(kuò)散焊接的關(guān)鍵參數(shù),這些參數(shù)對(duì)材料的性能和組織轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)均有影響,因此必須根據(jù)不同焊接材料和對(duì)工件的要求合理選取,其中焊接溫度是決定焊縫質(zhì)量最有影響的因素。以鈦合金(Ti-6%al-4%)材料的擴(kuò)散焊接工藝過(guò)程為例,對(duì)于a-型鈦合金,它的溫度要比β型鈦合金的轉(zhuǎn)變溫度約低42~56℃,Ti-6%al-4%v鈦合金**的擴(kuò)散焊接溫度為927~945℃(B型鈦合金的轉(zhuǎn)變溫度為996℃)。真空擴(kuò)散焊接時(shí),應(yīng)注意對(duì)材料的過(guò)熱度不能太大,否則會(huì)因晶粒長(zhǎng)大而使接頭的強(qiáng)度和塑性降低。壓力應(yīng)根據(jù)工件表面不同的粗糙度來(lái)選取,一般選擇4.9~9.8MPa。焊接時(shí)間要根據(jù)焊接材料擴(kuò)散系數(shù)的大小、表面狀態(tài)、力學(xué)性能以及溫度和壓力的數(shù)值來(lái)確定。

擴(kuò)散焊接時(shí)的工作真空度同樣是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,雖然鈦對(duì)氧的親和力很大,但是在13.3Pa的真空度條件下就能得到光潔的焊接表面。為了獲得優(yōu)質(zhì)高性能的焊接接頭,焊接工作真空度保持在10-1Pa以上比較合適。