扩散焊综述

瞬时液相扩散焊接学科历史文化的当代价

值

摘要：科技是第一生产力，科技的进步与材料学科的发展息息相关。材料领域中的先进连接技术在航空、航天、汽车制造、工业制造等领域有着举足轻重的地位。任何工业设备的制造过程都不可能完全来源于铸造技术，焊接技术在对工件的装配过程中起着至关紧要的作用。本文主要阐述了河南理工大学，金属物理冶金研究所，在焊接领域中的瞬时液相扩散(TLP)管道技术的历史文化背景和当代应用价值，以及TLP技术在的发展历史和当代发展趋势新。

关键词：科技创新；材料工程；瞬时液相扩散焊接

1 引言

近代以来，人类文明得到了巨大进步，这些大多要归功于于科学不断完善、工程技术的不断创新、进步。随着社会的发展进步，我们的生活也发生了翻天覆地的变化。各种各样的大型机械设备和应用环境的变化，对我们的材料的使用性能和服役条件提出了更高的要求。以此同时，有机材料、无机材料、金属材料的发展，对科技创新的需求也是越来越高。金属材料方向作为材料学中的一大重要分支，又可细分为四大学科，包括铸造学科、锻压学科、模具学科以及焊接学科。本人的研究生课题是，先进连接技术TLP管道焊接[1]，是近些年来投入到生产应用中的先进技术。对各种异种难焊材料，有着巨大的焊接技术优势，在实际生产应用中有着举足轻重的作用。

2 瞬时液相扩散焊接技术的历史文化

早在上世纪70年代瞬时液相扩散焊已经成功应用于Ni基高温合金领域的连接。随着近代工业的飞速发展，对新材料的需求越来越高，在现代材料结构中，不仅需要对大量同种材料进行焊接，有时也需要对异种金属材料进行焊接。瞬时液相扩散焊是一种适用于难焊材料连接的焊接技术。具有高效、节能、焊接质量好、自动化程度高、操作方便、焊接过程无弧光、无毒害、处于静态、焊机可移动等特点。一些难熔材料以及异种材料在物理性能、化学性能、元素性质等方面有显著差异，采用常规焊接方式(如焊条电弧焊、埋弧焊、等离子弧焊、气体保护焊、电

渣焊等)相对比较困难.而且采用传统焊接母材局部发生融化，有较大的焊缝和热影响区，容易产生焊接变形和焊接残余应力，影响焊接品

质[2]。为降低传统焊接工艺对焊接性能的影响，瞬时液相扩散焊得到了广泛的应用。

自20世纪80年代人们开始尝试采用非晶箔带合金作中间层，在大气条件下进行钢的瞬时液相扩散焊研究，证明在开放环境和较短的工艺时间内(2-3min)即可获得满意的接头抗拉强度和弯曲性能，并以中频感应加热方式实现了工业应用，具有高的焊接效率和质量稳定性，部分替代了手工熔化焊。TLP作为一种新型的焊接技术在近30多年来获得了广泛的应用。TLP技术主要是针对沉淀硬化合金开发的，因为这些合金很难用熔焊方法连接，但是TLP焊接对固溶强化合金同样有效。因为TLP焊接具有温度低、精度高、残余应力小、接头强度高、没有明显的界面和焊接残留物的特点，所以在新材料(先进陶瓷、复合材料、氧化物弥散强化耐热合金)的制备、连接、修复等方面有很大的潜力[3]。扩散焊接是一种精密的焊接方法，特别适用于异种金属材料、耐热合金和新材料，如陶瓷、复合材料、金属间化合物等材料的焊接。

3 瞬时液相扩散焊接技术的当代应用价值

3.1 瞬时液相扩散焊在套管钻井焊接中的应用价值

1995年钻井技术公司开展了套管钻井技术研究，1996年开发出了世界上第一套套管钻井系统，并己成功应用于钻井试验[4]。套管钻井是指在钻进过程中，直接采用套管橄代传统钻杆)向井下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管完钻后作钻柱用的套管留在井内，直接进行固井作业。套管钻井技术将钻井和下套管合并成个作业过程。由此给钻井作业带来很多优点，如不用钻杆和钻挺;不需要起下钻作业;减少意外事故，提高钻井安全系数;降低钻机成本，降低油井成本，从而大大地降低了钻井成本;钻机轻便，易于搬迁和操作洲;缩短建井周期;减少钻井液对储层的浸泡时间，降低钻井作业对储层的伤害;有效地保护油气层等优点，具有很好的发展前景。

传统钻井中，套管只用来固井，不承受扭矩、弯矩等复杂载荷的作用。在套管钻井中，套管承担钻井和固井双重任务，对套管连接的基本要求是连接后能承受钻井过程中的扭曲载荷、轴向载荷和弯曲载荷，并能顺利通过钢丝绳钻井工具。除此之外，套管的连接要有安全操作特性，包括在钻机上容易操作、连接速度快以及完钻后能保持套管具有一定的承压能力[5]。目前套管连接主要采用螺纹形式，但考虑到密封性和抗扭性，螺纹连接远远不如焊接。又由于套管下井后不再提起，完钻后直接进行固井作业，因此可考虑在现场边下套管边采用合适的焊接方法将套管连接在一起。摩擦焊由于焊接过程处于动态，设备体积大而且焊后会产生内外飞边，不适合于套管现场焊接施工。瞬时液相扩散焊焊机体积小，焊接过程处于静态，焊接变形小，焊接强度高，焊缝成型美观，焊后不需再加工即能满足套管内外壁要求，今后可广泛应用于套管连接，推动套管钻井的发展。

3.2 瞬时液相扩散焊在油田管道焊接中的应用价值

针对油田管道的焊接问题提出了一种全新的焊接方法:瞬时液相扩散焊接，并研制出了石油管道瞬时液相扩散焊焊机。该焊机具有操作简单，易于携带，焊接效率高等特点，具有较高的市场应用价值。

目前，我国管线焊接仍以手工电弧焊为主，半自动焊为辅。在焊接过程中，由于人为因素造成的质量不稳定和焊接生产率低等问题较为突出。因此，迫切需要研究具有高效、高性能的焊接方法和焊接材料。TLP焊管技术在生产方面的优越性及其机理方面的先进性已正在被工业界与学术界所认可，TLP焊管技术主要有以下优点:(1)生产率高，无需开坡口，焊接时间与壁厚无关，主要取决于降熔元素的扩散性能，数十秒到数分钟便可完成一个接头的焊接;(2)无需真空系统;(3)接头无余高，过渡圆滑，焊后无需切削再加工;(4)接头成分与组织不连续程度较轻，接头力学性能可不低于母材;(5)自动化程度高，对操作者技能要求低;(6)无焊接烟尘与飞溅，适于在易燃易爆环境下的焊接作业;(有利于环保，生产条件好;(8)有错边时可圆滑过渡，减小了应力集中，对错边影响不