扩散焊
第4章 扩散焊(29)
1 同种金属扩散焊模型
此类扩散焊过程可用三个阶段模型来形象的描述：
• 物理接触 • 接触表面激活 • 扩散及形成接头
具体：
• 第一阶段 变形――接触阶段 在温度和压力的作用下，粗糙表面 的微观凸起部位首先接触和变形，在变形中表面吸附层被挤开， 氧化膜被挤碎，表面上各个微观凸起点因塑性变形而被挤平，从 而达到紧密接触的程度，形成金属键连接。其余未接触部分形成 孔洞残留在界面上，较大的可能不会完全消除而成为焊接缺陷。 • 第二阶段 扩散反应――界面推移阶段 包括微孔的消除，通过 原子扩散和再结晶，使得晶界发生迁移，界面上第一阶段留下的 孔洞逐渐变小，继而大部分孔洞在界面上消失，形成了焊缝。 • 第三阶段 均匀化，体积扩散、微孔和界面的消失。原子扩散向 纵身发展，原始界面完全消失，界面上残留的微孔也消失，在界 面处达到冶金连接，接头成分趋向均匀。
5 保护气氛
• 焊接保护气氛的纯度、流量、压力或真空 度、漏气率均会影响扩散焊接头质量。常 用的保护气体使氩气，也可用纯氮，氢气 或氦气。
6母材的物理特性
• 焊接同种材料时应考虑相变和晶体结构方面的特性。 对于具有相变特性的金属，在相变温度附近进行扩散 焊时，使得焊接表面凸起处产生塑性变形所需要的压 力就小很多。金属原子在不同的晶体结构中的扩散速 度相差很大。铁的子扩散在体心立方晶体铁素体中比 在同一温度下的面心立方晶体奥氏体中的扩散速度约 大1000倍。当然扩散速度是一方面，溶解度又是一 个方面。 • 对异类材料的扩散焊还应注意：线膨胀系数不同所产 生的内应力和低熔点共晶和中间金属化合物所带来的 脆性相等影响
物理接触过程
• 物理接触及氧化膜去除
• • • • • 解吸：银铜镍 蒸发升华 溶解 化学反应：还原 表面变形去摸
第二章扩散焊
工件为普通材料，其熔焊、钎焊的焊接性均较好 。但因其结构复杂，用熔焊有困难，用钎焊时也 会因钎料流布不均匀或因钎料流失而造成结构性 能恶化，此时采用扩散焊就可获得满意的结果。
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一、工件待焊表面的制备和清理
1．表面机加工
2．除油污和表面侵蚀
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二、中间层材料的选择
中间层的作用是：
改善表面接触，从而降低对待焊表面制备质量的要 求，降低所需的焊接压力。 2) 改善扩散条件，加速扩散过程，从而可降低焊接温 度，缩短焊接时间。 3) 改善冶金反应，避免（或减少）形成脆性金属间化 合物和不希望有的共晶组织。 4) 避免或减少因被焊材料之间物理化学性能差异过大 所引起的问题，如热应力过大，出现扩散孔洞等。
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三、热等静压扩散焊设备
Nhomakorabea
1-电热器 2-炉衬 3-隔热层 4-电源引线 5-惰性气体管道 6-安全阀组件 7-真空管道 8-冷却管 9-热电耦
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第五节 扩散焊接头质量及检验
扩散焊工艺过程较易控制，重复性好。
生产中主要靠控制工艺过程中各参数来 保证质量，同时采用随机抽样进行金相 检查，并配以超声等无损检测手段，但 到目前为止，还无十分可靠的非破坏性 检测手段
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二、异种材料扩散焊
异种材料扩散焊是指异种金属或金属与陶瓷，
石墨等非金属的扩散焊。进行这种类型的扩散 焊时，可能出现下列现象： 1由于膨胀系数不同而在结合面上出现热应力 。 2在结合面上由于冶金反应而产生低熔点共晶 组织或者形成脆性金属间化合物。 3由于扩散系数不同而在接头中形成扩散孔洞 。 4由于两种金属的电化学性能不同，接头易出 9 现电化学腐蚀
度、漏气率均会影响扩散焊接头质量． 常用保护气体是氩气，常用真空度为(10 ～20) X 10-3Pa．
热等静压扩散焊
热等静压扩散焊
热等静压扩散焊（Hot Isostatic Pressing Diffusion Bonding，HIP-DB）是一种金属焊接技术，将两个或多个金属材料通过加热和压力结合在一起，从而形成一个坚固的焊接接头。
热等静压扩散焊的过程包括以下几个步骤：
1. 准备工作：将要焊接的金属材料表面清洁干净，去除氧化层和污垢，以确保良好的接触和扩散。
2. 组装：将要焊接的金属材料按照设计要求组装在一起，并加入适量的焊接剂或金属粉末。
3. 加热：将组装好的金属材料放入专用的高温耐压容器中，施加高温和高压条件，使金属材料达到焊接温度，一般在材料的熔点附近。
4. 扩散：在高温和高压的条件下，金属材料开始扩散，原子在接触表面进行重新排列和交换，从而实现原子级的焊接。
5. 冷却：待扩散完成后，降温至室温，焊接接头冷却固化，形成坚固的焊缝。
热等静压扩散焊具有以下优点：
1. 高强度：由于焊接接头是原子级的扩散焊接，焊缝强度高，接近基材的强度。
2. 无气孔：焊接过程中，由于高温和高压条件，可将气体排除，从而形成无气孔的完整焊接接头。
3. 无局部变形：由于焊接过程中的均匀压力，几乎没有局部变形和应力集中现象。
4. 适用范围广：热等静压扩散焊适用于多种金属材料的焊接，包括难焊接的不同金属组合。
热等静压扩散焊在航天、航空、能源等领域有广泛应用，常用于制造高强度、高可靠性的焊接接头。
扩散焊概述
LEE MAN (SCETC)
扩散焊 扩散焊适宜于各种材料的焊接：
钛合金
铝及其合金 耐热钢和耐热合金
钛合金具有耐腐蚀、比强度高的特点，因而在飞机、导弹、卫 星等飞行器的结构中被大量采用。
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铝及其合金具有很好的传热与散热性能，利用扩散焊制成铝热 交换器、太阳能热水器、电冰箱蒸发器等。
扩散焊可以焊接多种耐热钢和耐热合金，可以制成高效率 燃气轮机的高压燃烧室、发动机叶片、导向叶片和轮盘等。
2
加热、加压
两焊件紧压在一起
置于真空或保护气氛
氧化膜破碎，表面微观凸起处发生塑性变形和高温蠕变而达到紧密接触 原子扩散 若干微小区域出现界面间的结合 保温，原子扩散扩大
整个连接界面均形成金属键结合
完成了扩散焊接过程
扩散焊时，通过温度、压力、时间、保护气氛、真空条件等为实现 金属间原子相互扩散与金属键结合创造了条件。
扩散焊
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LEE MAN (SCETC)
扩散焊
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第二节 扩散焊工艺
扩散焊的接头形式设计 焊前准备 焊件表面的制备与清理
中间层材料及选择
焊接温度 焊接压力 焊接参数选择 保持时间 环境气氛 表面状态
LEE MAN (SCETC)
扩散焊
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一、焊接准备
（一）扩散焊的接头形式设计
扩散焊接头的 形式比熔焊类型 多，可进行复杂 形状的接合，如 平板、圆管、中 空结构、T形及 蜂窝等结构均可 进行扩散焊。
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊是一种通过热扩散将高分子材料结合在一起的焊接方法。
其原理是利用高温将被焊接的高分子材料加热至熔化或软化状态，使其表面分子相互扩散并在接触面形成牢固的结合。
具体步骤如下：
1. 确定焊接部位：确定需要焊接的高分子材料部位。
2. 预热材料：将需要焊接的高分子材料加热至软化或熔化状态。
可以使用热风或热板等方式进行预热。
3. 接触和施加压力：将两个高分子材料部位接触在一起，并施加一定的压力，使其牢固接触。
4. 等待冷却：在施加压力的同时，等待焊接部位冷却固化，使高分子材料重新变得坚硬。
5. 检验焊接质量：对焊接部位进行质量检验，确保焊接牢固。
高分子扩散焊主要适用于热塑性高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等。
这种焊接方法可以实现无需添加外部填充材料的焊接，并且焊接强度较高，具有良好的密封性能。
扩散焊原理问题回答
扩散焊原理
扩散焊是一种常用的金属连接方法，它利用高温下金属原子间的扩散作用，将两个金属材料永久性地连接在一起。
其原理可以概括为以下几个步骤：
1. 清洁表面：在进行扩散焊接之前，需要对要连接的金属材料表面进行彻底清洁。
这是因为任何污垢、氧化物或其他杂质都会影响焊接的强度和质量。
2. 加热：将要焊接的金属材料加热到足够高的温度。
这通常需要使用火炬或其他加热设备，并且需要根据不同类型的金属材料和要求来确定合适的加热温度。
3. 扩散：当金属材料被加热到足够高温度时，其原子开始扩散。
这意味着它们会从一个位置移动到另一个位置，并且会与相邻原子相互作用。
4. 形成合金：当两个金属材料被加热并且原子开始扩散时，它们最终会形成一个混合物或合金。
这是因为它们中的原子会相互作用，并且在高温下会形成一种新的材料。
5. 冷却：一旦合金形成，需要将其冷却到室温。
这通常需要使用冷却液或其他方法来控制冷却速度，以确保焊接的质量和强度。
总体来说，扩散焊是一种非常有效的金属连接方法。
它可以产生非常强大和持久的连接，并且可以用于许多不同类型的金属材料。
但是，它需要高温和精确控制，因此需要经验丰富的专业人士来操作。
扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（2）工艺参数对焊接质量的影响
• 1）焊接温度 • 2）焊接压力 • 3）扩散焊接时间 • 4）环境气氛 • 5）表面状态
异种金属特种焊接方法之扩散焊
三、扩散焊设备的分类
• 1．按照真空度分类 • 2．按照热源类型和加热方式分类 • 3．其他分类方法
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（二）镍合金的扩散焊
• 镍合金扩散焊接的参数：加热温度1093～1204℃，保温时间10～ 120min，压力2.5～15MPa，真空度1.33×10-2Pa以上。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（三）高温合金的焊接
• 各类高温合金如机械化型高温合金、含高A1、Ti的铸造高温合金等 几乎都可以采用固相扩散焊接。
• 焊接区域经蠕变、扩散、再结晶等过程而最终形成固态冶金结 合，可以形成固溶体及共晶体，有时也可能生成金属间化合物 ，从而形成可靠的扩散焊。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
2.扩散焊的特点及分类
扩散焊的优点：
• 扩散焊时因基体不过热、不熔化，可以在不降低焊件性能的情况下 焊接几乎所有的金属或非金属。
• 扩散焊接头质量好，其显微组织和性能与母材接近或相同，在焊缝 中不存在熔化焊缺陷，也不存在过热组织和热影响区。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（一）同种材料的扩散焊
• 1.钛合金的扩散焊 • 2.镍合金的扩散焊 • 3.高温合金的焊接
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（一）钛合金的扩散焊
• 钛合金采用扩散焊，接头性能优于常规熔焊。 • 钛合金在扩散焊时无需对焊件表面进行特殊的准备和控制。 • 钛合金能吸收大量的O2、H2和N2等气体，故不宜在H2和N2气氛
第六讲扩散焊专题
a) 从经济角度考虑，应选择较低的压力; b) 通常扩散焊采用的压力在0.5~50MPa之间。 c) 对于异种金属扩散焊，较大的压力对减小或防止扩散孔洞
有良好作用。 d) 由于压力对扩散焊的第二、三阶段影响较小，在固态扩散
焊时可在后期将压力减小，以便减小工件的变形。
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回顾上节 内 容
扩散焊特点 扩散焊分类 扩散连接原理及机制 扩散焊工艺 扩散焊设备 其他扩散焊方法
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扩散焊的特点
与常用压力焊的相同点：不同点。
扩散焊与熔焊、钎焊方法的比较 优缺点
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扩散焊的分类
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单晶硅和单晶硅扩散焊
不锈钢板和网
碳碳和铌合金
3、保温时间：与温度、压力、中间扩散层厚度和对接成分及组织 均匀化的要求密切相关，也受材料表面状态和中间层材料的影响。 扩散层深度或反应层厚度与扩散时间的平方根成正比。扩散连接 接头强度与保温时间的关系x=如k t下图所示。也存在一个临界保温时 间，接头强度、塑性、延伸率和冲击韧性与保温时间的关系均是 先增大到一定程度后趋于稳定
置换反应：活泼元素置换非活泼元素，如AlMg+SiO2，形成新相硅。
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扩散焊专题之二
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扩散焊工艺
工艺参数 主要包括温度、压力、时间、真空度以及焊件表面处理和中
间层材料的选择等，这些因素对扩散连接过程和接头质量有着极 其重要的影响。
1、温度：①对连接初期表面凸出部位塑性变形、扩散系数、表面 氧化物向母材内溶解及界面孔洞的消失过程等均产生影响；②也 决定了母材的相变、析出以及再结晶过程，从而直接或间接影响 到扩散连接过程及接头质量。温度越高，扩散系数越大；连接表 面达到紧密接触所需压力越小。但温度提高受到被焊材料冶金物 理特性方面的限制；提高加热温度还会造成母材软化及硬化
铜扩散焊标准
铜扩散焊标准一、铜扩散焊的定义和原理铜扩散焊是一种通过加热使铜材料之间紧密结合的工艺方法。
在高温下，铜原子在相互接触的表面之间发生相互扩散，形成牢固的冶金结合。
扩散焊具有较低的焊接温度、良好的接头强度和可靠性，广泛应用于电子、电力、化工等领域。
二、扩散焊工艺流程及关键环节1.材料准备：选择合适的铜材料，并进行必要的切割、研磨等处理，确保工件表面质量。
2.清洗处理：去除工件表面的杂质、油污等，以利于焊接过程中的原子扩散。
常用的清洗方法包括机械清洗、化学清洗和超声波清洗。
3.界面准备：对工件表面进行粗糙化处理，增加接触面积，提高焊接质量。
常用的方法包括机械研磨、化学腐蚀等。
4.装夹定位：将工件精确地固定在焊接夹具中，确保工件之间接触紧密、稳定。
5.加热与加压：在高温、高压条件下进行焊接，促进原子扩散。
控制加热温度和时间、加压方式及压力大小是关键控制要点。
6.冷却与后处理：焊接完成后，需进行缓慢冷却，并进行必要的后处理，如去除焊缝表面的氧化物等。
三、焊材选择与预处理1.根据实际需求选择合适的铜材料，如紫铜、黄铜等。
2.对焊材进行必要的预处理，如切割、研磨、清洗等，确保其表面质量。
3.在焊接前对焊材进行质量检查，确保无缺陷、无杂质。
四、扩散焊设备与参数设置1.选择具备恒温控制、压力调节等功能的扩散焊设备。
2.根据工件尺寸、焊接要求等因素合理设置加热温度、加热时间、加压方式及压力大小等参数。
3.定期对设备进行维护保养，确保其正常运行。
五、焊缝质量检测与评估方法1.通过外观检查初步评估焊缝质量。
2.进行拉伸试验、弯曲试验等力学性能测试，检测焊缝的强度和可靠性。
3.进行微观组织分析、元素扩散分析等检测手段，深入研究焊缝的质量和可靠性。
4.根据相关标准或规范进行质量评估，确保产品符合要求。
六、常见问题分析及解决措施1.焊缝不牢固：可能是由于加热温度不足或加压不充分导致，需调整加热温度和加压方式。
2.焊缝中出现气孔：可能是由于清洗处理不彻底或装夹定位不当造成，需加强清洗处理并重新装夹定位。
扩散焊
扩散焊:扩散焊又称扩散连接，是把两个或两个以上的固相材料（或包括中间层材料）紧压在一起，置于真空或保护气氛中加热至母材熔点一下温度，对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。
通常根据焊接过程中是否出现液相将扩散焊分为固态扩散焊和瞬间液相扩散焊。
1.固态扩散焊接过程(Solid Phase Diffusion)固态扩散连接的过程大致可分为三个阶段：第一阶段为接触变形阶段，高温下微观不平的表面，在外加应力的作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面积逐渐扩大，最终达到整个面的可靠接触；第二阶段是界面推移阶段，通过接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的结合层，这个阶段一般要持续几分钟到几十分钟；第三阶段是界面和孔洞消失阶段，在接触部位形成的结合层逐渐向体积方向发展，扩大牢固连接面，消除界面孔洞，形成可靠的连接接头。
三个过程相互交叉进行，连接过程中可以生成固溶体及共晶体，有时形成金属间化合物，通过扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合，达到可靠连接。
室温装配状态变形----接触阶段扩散----界面推移阶段界面孔洞消失阶段固态扩散焊三阶段示意图2.瞬间液相扩散焊接过程(TLP-Transient Liquid Phase)瞬时液相扩散焊（TLP）也称接触反应钎焊或者扩散钎焊，如果生成低熔点的共晶体，也称为共晶反应钎焊。
其重要特征是夹在两待焊面间的夹层材料经加热后，熔化形成一极薄的液相膜，它润湿并填充整个接头间隙，随后在保温过程中通过液相和固相之间的扩散而逐渐凝固形成接头。
其具体过程也分为三个阶段：第一阶段是液相生成阶段，首先将中间层材料夹在焊接表面之间，施加一定的压力，然后在无氧化条件下加热，使母材与夹层之间发生相互扩散，形成小量的液相，填充整个接头缝隙；第二阶段是等温凝固阶段，液-固之间进行充分的扩散，由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材中，母材内某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固，形成接头。
扩散焊的原理及应用
扩散焊的原理及应用1. 引言扩散焊，或称为扩散连接，是一种常用的焊接方法，用于连接金属材料，具有较高的强度和可靠性。
本文将介绍扩散焊的原理和应用。
2. 扩散焊的原理扩散焊的原理是通过在接触表面上形成固态相互扩散，实现金属连接。
具体来说，扩散焊过程中，两个金属表面中的原子将通过热激活的扩散作用，从一个金属晶胞便迁移到另一个金属晶胞中，形成一个焊缝。
这种焊缝是在原子层级上的扩散连接，因此具有较高的强度和可靠性。
3. 扩散焊的应用扩散焊具有广泛的应用领域，下面列举了其中几个常见的应用：3.1. 电子设备制造在电子设备制造过程中，扩散焊被广泛应用于连接电子元器件，如电子芯片、电阻和电容等。
由于扩散焊的连接强度高，并且不需要额外的焊接材料，因此适用于高要求的电子设备的制造。
3.2. 汽车制造在汽车制造中，扩散焊被用于连接车辆的金属部件，如车身和发动机零件。
扩散焊可以提供持久且可靠的连接，以应对汽车运行过程中的振动和温度变化。
3.3. 航空航天工业在航空航天工业中，扩散焊被广泛应用于制造航空航天器的结构和部件。
扩散焊具有优异的力学性能和热力学稳定性，能够满足航空航天器对于强度和可靠性的严格要求。
3.4. 金属加工在金属加工领域，扩散焊被用于连接和修复金属材料。
扩散焊可以在高温下进行，使得金属连接达到更高的强度和可靠性，从而满足不同应用的需求。
3.5. 光学仪器扩散焊也被应用于光学仪器的制造，如望远镜、激光器等。
扩散焊可以提供无缝连接的光学组件，确保光线传输的准确性和稳定性。
4. 总结扩散焊是一种常用的金属连接方法，通过原子级的扩散作用实现金属材料的连接。
扩散焊具有较高的强度和可靠性，广泛应用于电子设备制造、汽车制造、航空航天工业、金属加工和光学仪器等领域。
扩散焊的应用为不同行业提供了高强度和可靠性的金属连接解决方案。
以上是对扩散焊的原理和应用的简要介绍，希望对您有所帮助。
参考文献: - [1] Smith, William F., and Javad Hashemi.。
扩散焊
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）扩散焊的接头形式设计
• 扩散焊接头的形式
比熔化焊类型多，
可进行复杂形状的
接合，如平板、圆
管、中空、T形及蜂
2020/窝4/5 结构均可进行扩
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
• 过厚的中间层焊后会以层状残留在界面区，影响接 头的物理、化学和力学性能。
• 中间层厚度在30~100μm时，以箔片的形式夹在待
焊接表面间。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（3）阻焊剂
扩散焊时为了防止压头与焊件或焊件之间某些区域被 扩散焊粘接在一起，需加阻焊剂。
1）熔点或软化点应高于焊接温度；
扩散焊
（3）中间层材料及选择
• 为了促进扩散焊过程的进行，降低扩散焊温度、 时间、压力和提高接头性能，扩散焊时可在待焊 接材料之间插入中间层。
• 中间层材料的特点 • 中间层的选用 • 阻焊剂
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）中间层材料的特点
1）容易发生塑性变形；含有加速扩散的元素，如 B、Be、Si等。
2．钢与钛的扩散焊接
• 采用扩散焊方法焊接钢与钛及钛合金时，应 添加中间层或复合填充材料。
• 中间层材料一般是V、Nb、Ta、Mo、Cu等， 复合填充材料有：V+Cu、Cu+Ni、 V+Cu+Ni以及Ta和青铜等。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
3．钢与铜及铜合金扩散焊接
扩散焊的分类
扩散焊的分类
扩散焊是一种金属焊接方法，它是将两个金属零件通过高温和压力加热使其融合在一起的过程。
根据不同的工艺和焊接条件，扩散焊可以分为以下几种类型：
1. 点扩散焊：该焊接方法适用于较小的零件，其焊接点通过加
压和加热来实现融合。
2. 线扩散焊：线扩散焊是点扩散焊的改进版，它适用于较长且
宽度较窄的零件。
在焊接过程中，通过加热和加压使线与工件融合。
3. 面扩散焊：这种焊接方法适用于较大的工件，焊接面积比较
广泛。
在加热和加压下，焊接面会发生融合。
4. 蒸汽扩散焊：该方法适用于高温合金的焊接，它是通过蒸汽
将工件加热，然后加压使其融合在一起。
5. 真空扩散焊：这种焊接方法适用于需要高质量焊接的零部件。
在真空环境下，通过加热和加压使工件融合在一起。
6. 气体保护扩散焊：在焊接过程中，通过气体保护工件，以避
免其与氧气发生反应而影响焊接质量。
以上是扩散焊的分类，不同的焊接方法适用于不同的工件和要求，选择合适的焊接方法对于焊接质量和生产效率都有重要的影响。
- 1 -。
扩散焊的工作原理
扩散焊的工作原理
扩散焊是一种常用的焊接方法，其工作原理是将两个或多个金属工件加热至一定温度，使其表面形成液态或塑性状态，然后将它们接触在一起，通过扩散作用使金属原子在界面处相互混合，并形成坚固的焊接接头。
具体而言，扩散焊的工作原理可分为以下几个步骤：
1. 清洁表面：首先要确保被焊接的金属表面清洁，以去除氧化物和污染物，以便实现良好的接触和扩散。
2. 加热：接下来，将金属工件加热至足够高的温度，通常接近其熔点。
这可以通过火焰、电流或激光等热源来实现。
3. 接触和扩散：一旦金属工件达到适当温度，它们被紧密地接触在一起。
由于温度高和接触紧密，金属表面的原子开始扩散，相互交换位置。
这种扩散使原子在界面处混合，并形成焊接接头。
4. 冷却：在扩散过程完成后，将焊接接头冷却至室温。
这样可以使金属重新固化，形成坚固的焊缝。
扩散焊的工作原理基于金属原子间的扩散现象，通过高温和接触来促进原子间的混合和交换，从而实现焊接。
这种焊接方法通常用于高强度和高温应用，例如航
空航天、汽车制造和电子设备等领域。
扩散焊
散焊，一般要求待焊表面制备质量较高，焊接时要求施加较大的 压力，焊后接头的成分、组织与母材基本一致。
2）异种材料扩散焊
异种金属或金属与陶瓷、石墨等非会属的扩散焊。(存在问题)
a.膨胀系数不同——结合面上出现热应力； b.冶金反应——低熔点共晶组织或脆性金属间化合物； c.扩散系数不同——形成扩散孔洞； d.电化学性能不同——出现电化学腐蚀。
(3) 加热系统
由感应线圈和高频电源组成，按加热方式可分为： 感应加热、辐射加热和接触加热。
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(4) 加压系统
扩散焊所施加的压力较小，压强可在1~100MPa范 围内变化，当材料的高温变形抗力较大，或表面粗糙、
扩散焊接温度较低时，需提高压力。
(5) 测量与控制系统
包括温度、压力、真空度及时间的控制和测量。
(1) 接头存在的主要缺陷
未熔合、未焊透、裂纹、变形等
(2) 检测方法
采用着色、荧粉或磁粉探伤检测表面缺陷
采用真空、压缩空气及煤油实验检查气密性 采用超声波、X射线探伤检测接头的内部缺陷
目前超声波成像无损检测在扩散焊接头检测方面 取得了初步的成果，有待于进一步研究，为扩散焊应 用于航空航天等国防工业提供质量保证。
b) 中间层材料应满足条件
容易塑性变形; 含有加速扩散或降低中间层熔点的元素，如硼、被、 硅等; 物理化学性能与母材差异较被焊材料乊间的差异小; 不与母材产生不良的冶金反应，如产生脆性相或不 希望有的共晶相; 不会在接头上引起电化学腐蚀问题。
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(3) 焊接工艺参数
a)温度
在一定的温度范围内，温度愈高，扩散过程愈快， 所获得的接头强度也高。加热温度受被焊工件和夹具的 高温强度、工件的相变、再结晶等冶金特性所限制，固 相扩散焊温度为0.6~0.8Tm(K)( Tm为母材熔点)。
扩散焊
一般通过水循环系统进行冷却，防止系统过热。
A
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5、扩散焊工艺
(1) 工件待焊表面的制备和清理
a) 表面机加工
目的是为了获得平整光洁的表面，保证焊接间隙 极小，微观上紧密接触点尽可能的多。
对普通金属零件可采用精车、精刨(铣)和磨削加工， 通常使粗糙度Ra≤3.2μm，Ra大小的确定还与材料本 身的硬度有关,对硬度较高的材料，Ra应更小，对加 有软中间层的固相扩散焊和液相扩散焊，以及热等静 压扩散焊粗糙度要求可放宽。
实验采用搭接接头, 试样尺寸为 30mm ×10mm ×2mm , 搭
接长度为10mm。
(4)焊接工艺参数
实验在真空扩散炉中进行。真空度为110 ×10 - 2～1. 0 ×10
- 3Pa , 焊接温度 ( T) 为 820～900 ℃, 保温时间(t)为 20～100min ,
压力( P)为 0～011MPa。
TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊工艺研究
(1)研究的意义
TiNi 形状记忆合金具有特殊的形状记忆效应和超弹性,及高的 比强度、 抗腐蚀、 抗磨损和良好的生物相容性等特点,广泛应用 于航空航天、 工业制造和医疗器械等领域。但是 TiNi 价格较贵 , 在实际应用中将其与性能优异、 价格低廉的不锈钢连接起来是降 低材料成本 ,扩大其应用范围的重要途径。
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
日常生活中家用复合底锅(焊接后无需表面 处理)等等
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扩散焊典型缺陷、产生原因、防止措施
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高分子扩散焊种类
高分子扩散焊种类高分子扩散焊种类概述高分子扩散焊是一种在高温和压力作用下，通过原子间扩散实现材料连接的工艺方法。
根据不同的工艺原理和实施方式，高分子扩散焊主要包括以下几种类型：1. 热压扩散焊热压扩散焊是最常见的高分子扩散焊方法。
它通过将两个待连接的聚合物材料在高温和压力下保持一段时间，促使材料表面原子发生相互扩散，实现连接。
热压扩散焊的优点是工艺简单、适用面广，可用于连接多种类型的聚合物材料。
然而，其缺点在于需要高温高压的工艺条件，对设备要求较高。
2. 超声波扩散焊超声波扩散焊是一种利用超声波振动能量促进聚合物材料表面原子扩散的工艺方法。
在超声波的作用下，聚合物材料表面产生振动，从而增加原子间的扩散速率，实现连接。
超声波扩散焊的优点在于可在较低的温度和压力下进行，适用于连接对热敏感的聚合物材料。
然而，其缺点在于对设备要求较高，且焊接质量受操作人员技能的影响较大。
3. 震动扩散焊震动扩散焊是一种利用机械震动能量促进聚合物材料表面原子扩散的工艺方法。
在震动的作用下，聚合物材料表面产生振动，从而增加原子间的扩散速率，实现连接。
震动扩散焊的优点在于可在较低的温度和压力下进行，适用于连接对热敏感的聚合物材料。
然而，其缺点在于对设备要求较高，且焊接质量受操作人员技能的影响较大。
4. 摩擦扩散焊摩擦扩散焊是一种利用摩擦产生的热量和压力促进聚合物材料表面原子扩散的工艺方法。
在摩擦的作用下，聚合物材料表面产生高温高压，从而增加原子间的扩散速率，实现连接。
摩擦扩散焊的优点在于可在较低的温度和压力下进行，适用于连接对热敏感的聚合物材料。
然而，其缺点在于对设备要求较高，且焊接质量受操作人员技能的影响较大。
5. 冲击扩散焊冲击扩散焊是一种利用冲击波促进聚合物材料表面原子扩散的工艺方法。
在冲击波的作用下，聚合物材料表面产生剧烈振动和高压，从而增加原子间的扩散速率，实现连接。
冲击扩散焊的优点在于可在较低的温度和压力下进行，适用于连接对热敏感的聚合物材料。
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3.4.3 陶瓷材料的扩散焊（掌握）
陶瓷材料扩散焊的主要优点是：焊接强度高， 尺寸容易控制，适合于焊接异种材料； 不足之处是焊接温度高、时间长且须在真空 下进行，成本高，试件尺寸和形状受到限制。 陶瓷材料扩散焊的方法有：①同种陶瓷材料 直接焊接。②用另一种薄层材料焊接同种陶 瓷材料。③异种陶瓷材料直接焊接。④用第 三种薄层材料焊接异种陶瓷材料。
课后作业
随堂笔记（标清序列号）
3．铜与镍的扩散焊
采用扩散焊方法焊接铜与镍及镍合金的焊接 结构，是真空器件制造中应用较为广泛的一 种焊接工艺。 由于铜与镍及镍合金具有较好的塑性，而且 在相互扩散的过程中均能获得连续的固溶体， 使焊接接头质量提高。
4．铜与钼的扩散焊
填加中间层Ni的铜与钼扩散焊的焊接参数为： 加热温度800～950℃，保温时间10～ 15mim，压力19～23 MPa，真空度 1.33×10-4Pa。 铜与铝扩散焊还可以采用镀层的方法，在铝 表面镀上一层厚度为7～14μm的镍层，然 后再进行真空扩散焊，能获得强度较高的扩 散焊接头。
特种焊接与设备
讲解人：韩兆波
第三单元 扩散焊
3.1 扩散焊概述
3.2 扩散焊工艺
综合知识模块
3.3 扩散焊设备
3.4 常用材料的扩散焊
3.1 扩散焊概述
扩散焊（diffusion welding，DFW）
是将紧密接触的焊件置于真空或保护气氛中，
并在一定温度和压力下保持一段时间，使接
触界面之间的原子相互扩散而实现可靠连接
钛合金在扩散焊时无需对焊件表面进行特殊的准备 和控制。 钛合金能吸收大量的O2、H2和N2等气体，故不 宜在H2和N2气氛中进行扩散焊，应在真空状态或 氩气保护下进行。
钛合金常用焊接参数为： 加热温度在1123～1273K范围内选取，保温 时间在1～4h范围内选取，压力在2～5 MPa范围内选取，真空度1.33×10-3Pa 以上或在氩气保护下焊接。对于大面积钛合 金扩散焊，可采用加中间层进行扩散钎焊， 中间层主要采用Ag基钎料、Ag-Cu钎料、 Ti基钎料。由于Cu基钎料和Ni基钎料容易 和Ti发生反应，形成金属间化合物，一般不 作为中间层或钎料使用。
加热、电子束加热、激光加热等。
在实际中应用最广的是高频感应加热和电阻
辐射加热两种方式。
3．其他分类方法
根据真空室的数量，可以将扩散焊设备分为单室和
多室两大类； 根据真空焊接的工位数（传力杆的数量），又可分 为单工位和多工位焊机； 根据自动化程度，可分为手动、半自动和自动程序 控制三类。
材料和结构在宇航、电子和核工业中应用
很多，因而扩散焊在这些工业部门中的应
用很广泛。
钛合金典型结构的超塑性扩散连接
3.2 扩散焊工艺
3.2.1 焊前准备（了解）
一、扩散焊的接头形式设计 二、焊件表面的制备与清理 三、中间层材料及选择
一、扩散焊的接头形式设计
扩散焊接头的形式比
熔化焊类型多，可进
3）设备一次性投资较大，且焊接工件的尺寸受到设
备的限制，无法进行连续式批量生产。
二、扩散焊的分类： 根据被焊材料的组合方式和加压方式的不 同，扩散焊可以分成：同种材料扩散焊、
异种材料扩散焊、加中间层的扩散焊等。
3.1.3 扩散焊的应用（重点掌握）
扩散焊应用领域：
适宜于焊接特殊材料或特殊结构，这样的
根据工作空间所能达到的真空度或极限真空度，可 以把扩散焊设备分为四类，即低真空（0.1Pa以
上）、中真空（0. l Pa～10-3 Pa）、高真空
（＜10-5Pa）焊机和低压、高压保护气体扩散焊 机。
2．按照热源类型和加热方式分类
根据扩散焊时所应用的加热热源和加热方式，
可以把焊机分为感应加热、辐射加热、接触
3）焊件精度高、变形小。可以焊接大断面的接头； 4）可以焊接结构复杂、接头不易接近以及厚薄相差较大 的工件； 5）能对组装件中许多接头同时实施焊接。
2.扩散焊的缺点： 1）焊件表面的制备和装配质量的要求较高，特别对 接合表面要求严格。 2）焊接热循环时间长，生产率低。每次焊接快则几
分钟，慢则几十小时。对某些金属会引起晶粒长大。
行复杂形状的接合，
如平板、圆管、中空、
T形及蜂窝结构均可
进行扩散焊。
二、焊件表面的制备与清理
待焊表面状态对扩散焊接过程和接头质量的影响很
大，特别是固态扩散焊，必须在装焊前对焊件表面 进行认真准备，其表面准备包括：加工符合要求的 表面粗糙度、平面度，去除表面的氧化物，消除表 面的气、水或有机物膜层。 1．表面机械加工 2．表面净化处理
铜和铝扩散焊时，影响接头质量和焊接过程 稳定的主要因素有：加热温度、焊接压力、 保温时间、真空度和焊件的表面准备等。 焊前焊件表面须进行精细加工、磨平和清洗 去油，去除铝材表面的氧化膜，使其表面尽 可能洁净和无任何杂质。 根据铜与铝扩散焊接头的显微硬度测定结果， 铜侧过渡区中可能产生了金属间化合物。
2．铜与钛的扩散焊
铜与钛的扩散焊可采用直接扩散焊或加中间 层的扩散焊方法，前者接头强度低，后者强 度高，并有一定塑性。 铜与钛之间不加中间层直接扩散焊时，为了 避免金属间化合物的生成，焊接过程应在短 时间内完成。 铜与纯钛TA2直接扩散焊的焊接参数是：加 热温度850℃，保温时间l0min，压力 4.9MPa，真空度1.33×10-5Pa。
3.2.2扩散焊工艺参数的选择（了解）
扩散焊工艺参数主要有温度、压力、时间、
气氛环境，这些因素之间相互影响、相互制
约，在选择焊接参数时应综合考虑。
3.3扩散焊设备
3.3.1扩散焊设备的分类与组成 （掌握）
一、扩散焊设备的分类 二、扩散焊设备的组成
一、扩散焊设备的分类 1．按照真空度分类
2．钢与钛的扩散焊接
采用扩散焊方法焊接钢与钛及钛合金时，应
添加中间层或复合填充材料。
3．钢与铜及铜合金扩散焊接
钢与铜及铜合金扩散焊时，加热温度750℃、 保温时间20～30min的条件下实施扩散焊， 通过金相分析可观察到扩散焊接头中有共晶 体。 钢与铜扩散焊的焊接参数为：加热温度 900℃，保温时间20min，压力5MPa， 真空度1.33×10-2～1.33×10-3Pa。 为了提高钢与铜及铜合金扩散焊接头的强度， 可采用Ni作中间过渡层。
4．不锈钢与钼扩散焊
不锈钢（1Cr18Ni9Ti和1Cr13 )与钼扩 散焊能获得质一般为Ni或 Cu。
二、铜与铝、钛、镍、钼的扩散焊
1．铜和铝扩散焊接 2．铜与钛的扩散焊 3．铜与镍的扩散焊 4．铜与钼的扩散焊
1．铜和铝扩散焊接
1. 钢与铝的扩散焊 2．钢与钛的扩散焊接 3．钢与铜及铜合金扩散焊接 4．不锈钢与钼扩散焊
1. 钢与铝的扩散焊
钢与铝及铝合金进行扩散焊的主要问题是焊 接界面附近易形成Fe-Al金属间化合物，使 接头强度下降。 可采用增加中间过渡层的方法获得牢固的接 头。 一般可选用Cu和Ni。 合金元素Mg、Si及Cu对钢与铝扩散焊接头 的强度影响很大。
二、扩散焊设备的组成
扩散焊接设备一般包括：
1．加热系统
2．加压系统
3．保护系统 4．控制系统
3.4常用材料的扩散焊 3.4.1同种材料的扩散焊（重点掌握）
一、钛合金的扩散焊
二、镍合金的扩散焊
三、高温合金的焊接
一、钛合金的扩散焊
钛合金采用扩散焊，接头性能优于常规熔焊。
的一种固相焊接方法。
3.1.1 扩散焊的基本原理（了解）
扩散焊时，把两个或两个以上的焊件紧压在一起，置于 真空或保护气氛中，加热至母材熔点以下某个温度，然 后对其施加压力，使其表面的氧化膜破碎，表面微观凸
起处发生塑性变形和高温蠕变而达到紧密接触，激活界
面原子之间的扩散，在若干微小区域出现界面间的结合。 再经过一定时间的保温，这些区域进一步通过原子相互 扩散不断扩大。当整个连接界面均形成金属键结合时， 则完成了扩散焊接过程。
二、镍合金的扩散焊
镍合金具有优良的耐高温、耐腐蚀及耐磨损等性能，
其熔焊时焊接性差，接头韧性远低于母材，因此较 多地应用扩散焊实现连接。 镍合金表面含有Ti和A1的氧化膜，比较稳定，须 仔细地进行焊接表面准备；在焊接过程中，严格控 制气氛，防止表面污染，通常还需要纯镍或镍合金 作中间层。
3.4.2异种金属材料的扩散焊接 （了解） 一、钢与铝、钛、铜、钼的扩散焊
扩散焊焊缝的形成过程可分为以下三个阶段：
第一阶段是物理接触阶段；
第二阶段是相互扩散和反应阶段；
第三阶段是接合层的成长阶段。
3.1.2 扩散焊的特点及分类（掌握）
1、扩散焊的优点：
1）扩散焊时因基体不过热、不熔化，可以在不降低焊件
性能的情况下焊接几乎所有的金属或非金属。
2）扩散焊接头质量好，