材料的扩散焊是以“物理纯”表面的主要特性之一为根据,该种表面由于开裂的原子键而具有“结合”能力。采用真空和其他净化表面的方法之后,就有可能利用上述原子结合力,来连接两个和两个以上的表面,随后表面上产生的扩散过程提高了这一连接的强度。 扩散焊接要求有一足够的挤压力,以便使焊接表面之间的距离缩短到原子之间力的相互作用半径。连接某一材料所需的压力应足以消除工件表面微观的不平度。在真空中,高于再结晶温度时只施加不大的压力,就足以使相接触的焊件接合如果连接区域扩散开,并具有体积特性时,则就获得了连接的可靠性和强度。真空扩散焊时真空度只达到5×10-4乇,被焊零件周围气氛的最低纯度为99.999987%时已能获得良好的结果。用这种焊接方法,可以连接具有不同硬度、强度、相互润湿的各种材料,其中包括异种金属、陶瓷、金属陶瓷,这些材料用熔化焊接方法焊接都不能得到良好效果。例如,在生产中,首次实现了下述材料之间的高质量连接:陶瓷和可伐合金、铜、钛、玻璃和可伐合金;黄金和青铜;铂和钛;银和不锈讽钢;铌和陶瓷、钥;钢和铸铁、铝、钨、钛、金屑陶瓷、锡;铜和铝、钛;青铜和各种金属等等。这还远不是真空扩散焊所能够焊接材料的全部。机械制造、拖拉机、工具、电子学、航空工业、仪表、造船、食品机械制造以及其他部门已应用这一新方法来制造电真空器件、工具、制动器、水力机械的部件、双金属的各种零件、甚至家用复合底锅(焊接后无需表面处理)等等。经检验后证明:真空扩散焊的焊接接头的机械强度、热稳定性、密封性、耐腐蚀性和弹性都能满足重要构件的技术要求。尤为突出的是:扩散焊接的工件的尺寸可以从几微米到 几米。因此真空扩散焊接具有良好的经济效果。
真空扩散焊接的方法和设备已在英国、法国、H本、美国、比利时、瑞士等国家中得到承认并获专利。真空扩散焊接机一般采用钨、钼、感应器等为加热源,且有热压特性,国内企业如上海晨华电炉公司己生产此类产品,经用户使用能满足扩散焊接的要求。
将焊件紧密贴合﹐在一定温度和压力下保持一段时间﹐使接触面之间的原子相互扩散形成联接的焊接方法。影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度﹑压力﹑扩散时间和表面粗糙度。焊接温度越高﹐原子扩散越快。焊接温度一般为材料熔点的0.5~0.8倍。根据材料类型和对接头质量的要求﹐扩散焊可在真空﹑保护气体或溶剂下进行﹐其中以真空扩散焊应用最广。为了加速焊接过程﹑降低对焊接表面粗糙度的要求或防止接头中出现有害的组织﹐常在焊接表面间添加特定成分的中间夹层材料﹐其厚度在0.01毫米左右。扩散焊接压力较小﹐工件不產生宏观塑性变形﹐适合焊后不再加工的精密零件。扩散焊可与其他热加工工艺联合形成组合工艺﹐如热耗-扩散焊﹑粉末烧结-扩散焊和超塑性成形-扩散焊等。这些组合工艺不但能大大提高生產率﹐而且能解决单个工艺所不能解决的问题。如超音速飞机上各种鈦合金构件就是应用超塑性成形-扩散焊製成的。扩散焊的接头性能可与母材相同﹐特别适合於焊接异种金属材料﹑石墨和陶瓷等非金属材料﹑弥散强化的高温合金﹑金属基复合材料和多孔性烧结材料等。扩散焊已广泛用於反应堆燃料元件﹑蜂窝结构板﹑静电加速管﹑各种叶片﹑叶轮﹑冲模﹑过滤管和电子元件等的製造。
扩散焊分为真空和非真空两大类,非真空扩散焊需用溶剂或气体保护,应用较广和效果最好的是真空扩散焊。扩散焊是借助温度、压力、时间及真空等条件实现金属键结合,其过程首先是界面局部接触塑性变形,促使氧化膜破碎分解,当达到净面接触时,为原子间扩散创造了条件,同时界面上的氧化物被溶解吸收,继而再结晶组织生长,晶界移动,有时出现联生晶及金属间化合物,构成牢固一体的焊接接头。
真空扩散焊的特点有:
(1)不需填充材料和溶剂(对于某些难于互熔的材料有时加中间过渡层);
(2)接头中无重熔的铸态组织,很少改变原材料的物理化学特性;
(3)能焊非金属和异种金属材料,可制造多层复合材料;
(4)可进行结构复杂的面与面、多点多线、很薄和大厚度结构的焊接;
(5)焊件只有界面微观变形,残余应力小,焊后不需加工、整形和清理,是精密件理想的焊接方法;
(6)可自动化焊接,劳动条件很好;
(7)表面制备要求高,焊接和辅助时间长。
扩散焊目前已实现560多组异种材料的焊接。局部真空措施焊成的巨型工件长达50m ,重75t;有用533个零件焊成的一个巨大的轰炸机部件。在宇宙飞船构件的制造中,焊接了发动机的喷管、蜂窝壁板;飞机制造中的反推力装置、蒙皮、起落架、钛合金空心叶片、轮盘、桨毂;在化工设备制造中,制成了高3m、直径1.8m的部件;在原子能设备制造中,制成水冷反应堆燃料元件;在冶金工业中生产了复合板;在机械制造中应用更为广泛。利用钛合金超塑性的成形扩散焊已得到成功的应用。