压焊方法及设备 第九章扩散连接[精]
压焊方法及设备 第九章扩散连接
图９-３３ ＴｉＡｌ／４０Ｃｒ接头的金相照片(×７５０) ａ)Ｔ＝１１７３Ｋ，ｔ＝３０ｍｉｎ ｂ)Ｔ＝１３２３Ｋ，ｔ＝３０ｍｉｎ
图９-３０ 铝与不锈钢管热压扩散连接示意图 ａ)直径＜２０ｍｍ ｂ)直径＞２０ｍｍ ｃ)直径＞５０ｍｍ
１—不锈钢或钛合金 ２—铝合金 ３—夹具 ４—垫块
图９-３１ 铝加热温度与接头强度的关系 (不锈钢在空气加热到５７３Ｋ)
图９-３２ 连接温度对锡青铜／钢接头 强度的影响
２. ＴｉＡｌ与金属的扩散连接
１—１３２３Ｋ ２—１３６３Ｋ ３—１４０３Ｋ
图９-２９ 汽轮机动翼液相扩散连接过程示意图
９.３.３ 异种金属材料的扩散连接
１.常用异种金属的扩散连接 ２. ＴｉＡｌ与金属的扩散连接
１.常用异种金属的扩散连接
(１)连接工艺 在实际生产中，为了获得某些功能或减轻构件质量，经常需要 将不同的金属材料进行连接，由于异种材料在物理性能和化学性能方面存在 着很大差异，界面反应非常复杂，例如铝与不锈钢连接时，界面生成了Ｆｅ Ａｌ、ＦｅＡｌ３和Ｆｅ２Ａｌ５等金属间化合物。 (２)铝与不锈钢的热压扩散连接 在航天器、制氧机设备中常常要求把铝合金 管与不锈钢管(或钛合金)连接在一起，常用的接头形式如图９-３０所示，图 中ｄ为管的内径，δ为钢管或钛管的壁厚，δＡｌ为铝合金的壁厚。 (３)铜与钢的扩散连接 飞机发动机的精密摩擦副、止动盘等构件要求将锡青 铜与钢连在一起，该类材料采用熔焊容易产生气孔，采用钎焊方法会降低接 头的抗腐蚀性能，因此，常常采用扩散连接。
3.扩散连接
用这种新的热加工方法可以制造钛合金 薄壁复杂结构件（飞机大型壁板、翼梁、舱 门、发动机叶片），并已经在航天、航空领 域得到应用，如波音747飞机上有70多个 钛合金结构件就是应用这种方法制造的。用 这种方法制成的结构件，与常规方法相比质 量小，刚度大，可减轻质量30％，降低成 本50％，提高加工效率20倍.
特点
无铸造组织，无熔焊缺陷；实现难焊材料的 连接；精度高，变形小；可进行大面积板及圆 柱的连接；采用中间层可减少残余应力。 无法进行连续式批量生产；时间长，成本高； 接合表面要求严格；投资大，工件尺寸受到限 制。 2014-2-16 2
扩散连接可以分为直接扩散连接和添加中间层的 扩散连接； 从是否产生液相角度又可分为固相扩散连接和液 相扩散连接； 从连接环境上，还可分为真空扩散连接和保护气 氛环境下的扩散连接。
扩 散 连 接
diffusion bonding
扩散连接特别适合异种金属材料、陶瓷、 金属间化合物、非晶态及单晶合金等新材料 的接合 广泛应用于航空、航天、仪表及电子等 国防部门，并逐步扩展到机械、化工及汽车 制造等领域
定义
相互接触的材料表面，在高温和压力的作用 下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形， 原子间产生相互扩散，在界面形成了新的扩散 层，从而形成可靠连接的接头。
扩散连接一般在真空、不活性气体（Ar、 N2）或大气气氛环境下进行。一般来说， 真空扩散连接的接头强度高于在不活性气 体和空气中连接的接头强度。计算和实验 结果表明，真空室内的真空度在常用的规 范范围内（1.33～1.33×10-3Pa），就 足以保证连接表面达到一定的清洁度，从 而确保实现可靠连接。
5
(2)接触表面激活阶段 不同材料的原子在 高温下相互扩散，晶 界发生迁移及微小孔 洞消失，在界面形成 不连续的结合层。
压焊方法及设备复习
第一章：点焊1.电阻焊：是工件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头(de)接触面及邻近区域产生(de)电阻热进行(de)焊接(de)方法,属压焊2.点焊定义：是焊件装配成搭接接头,并压紧在电极之间,利用电阻热融化母材金属,形成焊点(de)电阻焊方法.3.点焊有哪些循环阶段：加压阶段 F>0 I=O ；焊接阶段 F=Fw I=Iw；维持 F>0 I=O ；休止 F=0 I=O ；加压作用：使接触表面附近产生塑性变形,扩大实际接触面积,破碎表面氧化膜,喂通电加热做好准备.4、软规范：I小t长.硬规范：I大t短.软规范特点：1,加热平稳质量好2,温度分布平稳,塑性区较宽3,适于淬硬钢(de)焊接4,所用设备装机容量小,控制精度不高,因而较便宜.硬规范特点：与软规范基本相反5.焊接性(de)主要标志：①材料(de)导电性和导热性（导电导热性好(de)焊接性差）②材料(de)高温塑性和高温塑性(de)温度范围（高温塑性差,高温塑性范围窄(de)焊接性差）③材料对热循环敏感有关(de)缺陷,焊接性差④熔点高线膨胀系数大,硬脆材料,焊接性差.6.低碳钢点焊技术要点：1、焊前冷轧板表面可不必清理,热轧板应去掉氧化皮、锈2、建议采用硬规范点焊,CE大者会产生一定(de)淬硬现象,但一般不会影响使用3、焊厚板时建议选用带锻压力(de)压力曲线,带预热电流脉冲或断续通电(de)多脉冲点焊方式,选用三相低频焊机焊接等.4、低碳钢属铁磁性材料,当焊接尺寸大时应考虑分段调整焊接参数,以弥补因焊件伸入焊接回路过多而引起(de)焊接电流薄弱.5、选择合适(de)焊接参数.7.熔核偏移(de)原因：是焊接区在加热过程中两焊件析热和散热均不相等所致.偏移方向向着析热多、散热缓慢(de)一方移动.不同板厚,厚板电阻大析热多且散热缓慢,向厚板偏移；不同材料,导电性差工件电阻大(de)析热多散热慢,向导电性差(de)工件偏移.克服措施：1,采用硬规范2,采用不同(de)电极3,在薄件上附加工艺垫片4,焊前在薄件或厚件上预先加工出凸点或凸缘8.帕尔贴效应：是热电势现象(de)逆向现象,即当直流电流按照某特定方向通过异种材料接触表面时,将产生附加(de)吸热式析热现象,这个效应仅仅在单向通电有效,用于铝与铜合金电极之间9.电焊(de)分流：电阻焊时从焊接区以外通过(de)电流.危害：①电焊强度(de)降低,②单面点焊,产生表面局部过热,甚至喷溅,熔核偏移.措施：①选择合理(de)焊间距②严格清理被焊工件表面③注意结构设计(de)合理性④对敞开性差(de)工件,用特殊电极⑤连续点焊,提高电流⑥单面点焊,采用调幅电流波形第二章：凸焊1.凸焊：定义.是在一工件(de)贴合面上预先加工出一个或多个凸起点,使其与另一个工件表面相接触并通电加热,然后压塌,使这些接触点形成焊点(de)电阻焊方法.2.凸焊接头形成特点：1在热-机械力联合作用下形成；2涂点(de)存在改变了电流场和温度场(de)形态；3凸点压溃过程中使焊接区产生很大(de)塑性变形；4凸焊过程比点焊过程复杂3.凸焊接头结合特点：1单点点焊,多点凸焊和线材交叉焊多为熔化连接；2环焊 ,T型焊,滚凸焊等多为固相连接；3滚凸焊是在滚动(de)过程中焊接压力作用不充分4.凸点形态一圆球形及圆锥形应用最广5、凸点位移产生原因：多凸点之间通过电流时同方向电流相吸 .克服措施：1在保证正常熔核(de)条件下,选用较大(de)电极压力,较小(de)焊接电流；2尽可能提高加压系统(de)随动性；3凸点间距不宜过小第三章：缝焊1.缝焊：焊件装配成搭接接头,或对接接头并置于两滚轮电极之间,滚轮电极加压焊件并转动,连续或断续送电,形成一条连续焊缝(de)电阻焊方法.缝焊类型：（1）、连续缝焊：滚轮电极连续旋转,焊件等速移动,焊接电流连续通过,每半周形成一个焊点,由于表面质量差,实际应用有限（2）、断续缝焊：焊件连续等速移动,焊接电流断续通过,每“通——断”一次形成一个焊点,应用广泛,主要生产黑色金属(de)气、水、油密封缝焊.（3）、步进缝焊：焊件断续移动,焊接电流在焊件静止时通过,每“通——断”一次形成一个焊点,接头形成与点焊极为相似.焊速较低.仅用于制造铝合金及镁合金等高密封焊缝.2.与点焊相比：焊接电流,焊接电压主要选择A、考虑缝焊时(de)分流,焊接电流应比点焊时增加20%-60%,具体数值视材料(de)导电性、厚度和重叠量而定.B、考虑到缝焊时压力作用不充分,电极压力Fw应比点焊是增加20%-50%,具体数值是材料(de)高温塑性而定、3.缝焊接头主要是其密封性和耐蚀性第四章：对焊1.对焊：把两工件端度相对放置,利用焊接电流加热,然后加压完成焊接(de)电阻焊方法2.闪光对焊(de)实质：闪光作用：①烧掉氧化物②加热焊件端口③通过闪光保证有足够(de)液态金属④闪光过程使空间充满金属蒸汽,获得优质接头.3、顶锻作用：1,迅速封住火口使端面烧化(de)金属挤到毛刺中去2,使对口及附近区域获得适当塑性变形,以促进再结晶(de)进行.预热作用：在焊前结合面上获得合理(de)温度分布4、闪光电流密度,对加热有重大影响,在实际生产中是通过调节U20来实现(de).5、判断金属材料闪光对焊焊接性(de)主要标志：1电导率小而热导率大(de)金属材料,其焊接性差；2高温屈服强度大(de)金属材料其焊接性差；3 对热循环较敏感(de)焊接性差；4液-固相线温度区间宽(de)材料焊接性差；5在对口端面可生成高熔点(de)氧化物(de)材料焊接性差.第五章：电阻焊设备1、电阻焊设备一般由：机械装置, 供电装置,控制装置组成机械装置：机身,加压机构,传动机构,夹紧和送进机构组成夹紧机构：静夹具,动夹具组成,并采用有顶座和无顶座两种系统2、通常由电阻焊变压器、功率调节机构、主电力开关、焊接回路等组成供电装置特点：1.可输入大电流,低电压2.功率大并可方便(de)进行调节3.主电源一般无空载运用及负载持续率较低4.提供多种焊接电流波形3、焊接回路：指电阻焊中焊接电流流经(de)回路,又称二次回路4.焊机功率因数：cosθ反映了电流与点位(de)相位关系,对选配控制设备,调整控制角,稳定焊接电流,避免冲击载荷以及使网路负担合理,充分利用电网能量等都有关系影响焊机动率因素(de)因素：1焊接回路所包含(de)面积；2变压器(de)漏抗；3构建接触处(de)接触电阻；4铁磁性材料(de)伸入5、对电极材料(de)要求：1、有足够(de)高温硬度和强度,在结晶温度高2、有高(de)抗氧化能力并与焊件材料形成合金(de)倾向小3、在常温和高温下都有合适(de)导电导热性4、具有良好(de)加工性能.6、电极功用:1、向焊接区传输电流2、向焊接区传递压力3、导散焊接便面及焊接区(de)部分热量4、调节和控制电阻焊加热过程中得热平衡5、讲工件定位、夹持与适当位置.第七章:1、对点焊、缝焊接头(de)质量要求：a.点焊接头应具有一定(de)强度（取决于熔核(de)尺寸、熔核和周围热影响区(de)显微组织及缺陷情况）,b.焊接接头具有良好(de)密封性,c.对焊接接头具有一定(de)强度和塑性第八章：高频焊1、高频焊：高频焊：利用集肤效应使高频电流(de)能量集中在工件表面,而利用临近效应来控制高频电流流动路线(de)位置和范围根据高频电流刚导入方式,高频焊可分为高频接触焊和高频感应焊2.阻抗器是高频焊(de)一个重要辅助装置,其主要元件是磁心,作用是增加管壁背面(de)感抗,以减少无效电流,增加焊接有效电流,提高焊接速度第九章：扩散连接1、定义：将两被焊工件紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热,使两焊接表面微观不平处产生塑性变形达到紧密接触,在经保温,原子相互扩散而形成牢固(de)冶金连接.2、扩散连接可分：物理接触接触表面(de)激活扩散及形成接头三个阶段第一阶段：为物理接触阶段；第二阶段：相互扩散和反应阶段；第三阶段：结合层(de)成长阶段；液相扩散连接：在弥散强化高温合金,纤维增强复合材料,异种金属材料以及新型材料中大量应用；3.超塑性：在一定温度下,对等轴细晶粒组织,当晶粒尺寸,材料(de)变形速率小于某一数值时,控件变形可超过100%,甚至达到数千倍4、扩散连接(de)工艺特点：优点：1.接合区域无凝固组织,不生成气孔,宏观裂纹等熔焊时(de)缺陷.2.同种材料接合时,可获得于木材性能相同(de)接头,几乎不存在残余应力.3.对于塑性差或熔点高(de)同种材料、互不相溶解或在熔焊时会产生脆性金属间化合物(de)异种材料,扩散连接是可靠(de)连接方式之一.4.精度高,变形小,精密结合.5.可以进行大面积板及圆柱(de)连接.6.采用中间层可减少残余应力.缺点：1.无法进行连续式批量生产.2.时间长,成本高.3.对接合表面要求严格4.设备一次性投资较大,且连接工件(de)尺寸受到设备限制.5.扩散连接时,除了能够无限互溶(de)材料外,异种材料,陶瓷,金属间化合物等多种材料采用中间层来进行扩散焊接.中间层(de)作用：1.改善表面接触,减小扩散连接时(de)压力.2.可以抑制夹杂物(de)形成,促进其破碎或分解.3.改善冶金反应,避免或减少形成脆性金属间化合物和有害(de)共晶组织.4.可以降低连接温度,减少扩散连接时间.5.控制接头应力,提高接头强度.中间层选择原则：1.容易塑性变形,熔点比母材低.2.物理化学性能与母材(de)差异比被连接材料之间(de)差异小.3.不与母材产生不良(de)冶金反应.4.不引起接头(de)电化学腐蚀第十章1,摩擦焊(de)定义：摩擦焊是利用相对摩擦运动产生(de)热量来实现材料可靠连接(de)一种压力焊方法.2.分类：安焊接绕轴旋转：连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、混合型旋转摩擦焊、相位控制摩擦焊按焊接与运动：径向摩擦焊、搅拌摩擦焊按其他运动：摩擦堆焊、线性摩擦焊、轨道摩擦焊3、摩擦加热过程：初始摩擦、不稳定摩擦、稳定摩擦、停车阶段顶锻焊接过程：纯顶锻、顶锻维持4、焊接参数对接头质量(de)影响：a.转速和摩擦压力 b.摩擦时间和摩擦变形量 c.停车时间 d、顶锻压力和变形量5、搅拌摩擦焊主要用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和铝基复合材料搅拌摩擦焊焊接接头各区域：a.焊核区 b.热机影响区 c.热影响区6、搅拌摩擦焊参数选择：a,焊接速度 b,搅拌头转速 c,搅拌头仰角 d,轴肩压力7、搅拌头是由轴肩和搅拌针组成十一---十三章1、超声波焊定义：超声波焊是利用超声波(de)高频振动,在静压力(de)作用下将弹性振动能量转变为工件(de)摩擦功和形变能,对焊接进行局部清理和加热焊接(de)一种压焊方法.2、超声波焊(de)主要缺点是受现有设备功率(de)限制,因而与上声极接触(de)焊件厚度不能太厚,接头形式只能采用搭接接头.3、其分类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦用于金属材料(de)焊接；一类是振动能量由垂直于焊件表面(de)方向传入焊件,用于塑料(de)焊接.4.超声波焊主要参数：振动频率f、振幅A、静压力F、焊接时间t.5.超声波焊主要几种方法：熔接法、埋插法、铆接法、点焊法、成型法、6.爆炸焊定义：爆炸焊是以炸药为能源,利用爆炸时产生(de)冲击力,使焊件发生剧烈碰撞,塑性变形,熔化及原子间互相扩散,从而实现连接(de)一种压焊方法.7.基覆比：是基板与覆板厚度之比8.变形焊定义：变形焊是在外加压力(de)作用下,待焊金属产生塑性变形而实现固态连接(de)一种压焊方法.9.变形焊接头主要采用搭接和对接接头形式。
扩散连接
《压焊方法及设备》结课论文扩散连接的原理及应用000黑龙江工程学院2013年6月1日压力焊结课论文扩散连接的原理及应用姓名：000学号：********学科：材料科学与工程1院系：材料与化学工程任课老师：000日期：2013年6月1日摘要随着科技的发展，新材料在我们的生活中应用而生，就此我们遇到了一些同种经或异种材料的连接问题。
一些新材料如陶瓷、金属间化合物非晶态材料及单晶合金等的可焊性差，用传统焊接方法，很难实现可靠的连接。
在技术发展的同时，我们需要将一些用于特殊的高性能构件的制造的同种或异种材料连接到一起。
如异种金属材料、陶瓷、金属间化合物、非晶态及单晶合金、玻璃等性能差别较大的异种材料，连接这些材料时，用我们以往的传统焊接方法是难以实现的，现在不但要连接金属，而且要连接非金属，或金属与非金属等等。
因此，连接所涉及的范围远远超出传统焊接的概念。
为了适应这种要求，近年来作为固相连接的方法之一的扩散连接技术引起人们的重视，成为连接领域新的研究热点，正在快速发展。
本文主要将介绍扩散连接技术的原理及应用。
关键词：扩散连接、固相扩散、液相扩散、超塑性、中间层。
目录摘要 (1)目录 (2)第1章绪论 (3)1.1课题研究的背景及其意义 (3)第2章扩散连接 (4)2.1扩散连接及分类 (4)2.2扩散连接的原理 (4)2.2.1固态扩散连接 (4)2.2.2液态扩散连接 (5)2.2.3超塑成形扩散连接 (6)2.2.4扩散连接的工艺特点 (6)第3章扩散连接的实际应用 (7)结论 (7)参考文献 (8)第1章绪论1.1课题研究的背景及其意义扩散连接是近几年兴起的术语，可理解为扩散焊的拓展。
在人类社会发展的同时，新材料不断地出现并在我们的生活中得到了广泛的应用，那么就需要对各种新型材料进行加工，如连接。
但是，往往一些新型材料连接是相当困难的，用以往传统的连接技术（熔化焊）不能达到可靠地连接，在此基础上一种新的连接技术诞生了——扩散连接。
扩散连接、钎焊原理
扩散连接原理
扩散连接是在真空或一定气氛中，通过温度及压力的共同作用，即在母材的熔点以下且原子能活泼扩散的温度范围内和基本不产生塑性变形的压力作用下，使相互密接的材料经一定时间后通过结合面之间产生的原子间的相互扩散而实现可靠连接的一种固相结合方法。
钎焊:
是利用熔点比母材低的钎料作为连接的媒介物和母材一起加热，在不熔化母材的情况下,使钎料熔化并通过润湿和毛细作用填充进两母材接头缝隙，且钎料通过(和母材相互)扩散之后，冷凝结晶和母材之间形成牢固接头的固相连接方法即为钎焊。
扩散连接原理-焊接成型原理精品课-长春工业大学
图7-5 扩散焊接过程三阶段机理示意图 (a)室温装配状态;(b)第一阶段;(C}第二阶段;(d)第三阶段
初始接触区面积的大小与材料性质、表面加工状态以及 其它许多因素有关。只有在高温下通过对连接体施加压力 ，才能使表面微观凸出部位发生塑性变形，氧化膜破坏， 使材料间紧密接触面积不断增大，直到接触面积可以抵抗
和斥力的大小相等，原子间相互作用力为零，从能量角度
看此状态最稳定。这时，自由电子成为共有，与晶格点 阵的金属离子相互作用形成金属健，使两材料间形成冶金 结合。通过上述过程和机理来实现连接的方法即为扩散连
接。
但由于实际的材料表面不可能完全平整和清洁，因而 实际的扩散连接过程要比上述过程复杂得多。固体金属的
分别为塑闭合，这种闭合过程包括:①孔洞高度的变化;②
孔洞的闭合，即凸度下降，多余的物质移向孔洞，从而增 大连接面积。
图7—9 扩散连接过程中几种物质传递机制的示意图 (a)表面源；(b)界面源；(c)体变形机制
该阶段通常还会发生越过连接界面的晶粒生长或再
结晶以及晶界迁移，使第一阶段建成的金属键连接变成牢
7)可连接结构复杂、厚薄相差悬殊、精度要求高 的各种工件，以及有封闭性连接要求的工件，如蜂窝 夹芯板等;
但由于扩散连接要求被连接材料表面加工精度高、
并能均匀加压，因而，生产率较低，加之所用设备较
贵，使其应用范围受到一定限制。
7.1.2 扩散连接方法的分类
扩散连接发展至今，已出现了多种扩散连接方法，
表面结构如图7一4所示，除在微观上表面呈凹凸不平外，
最外层表面还有0.2～0.3nm的气体吸附层，主要是水 蒸气、氧、CO2和H2S。在吸附层之下为3 ～4nm厚的 氧化层，是由氧化物的水化物、氢氧化物和碳酸盐等组成。 在氧化层之下是1 ～10μm的变形层。
扩散连接原理ppt课件
• 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为 40um左右。
• 焊接时间短。 • 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接
，也适合于室内焊接。 • 接头质量可靠。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
• 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加 上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热 ，直至中间层材料液化和填满间隙。
• 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后， 进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
• 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均 匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续 保温扩散来完成。
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适用范围：
• 两母材都具有超塑性； • 可以是只有一边母材具有超塑性； • 或两母材均不具有超塑性时，只要插入具有超塑
性特性的材料作为中间层，就可以实现超塑性连 接。 • 应用领域： 难焊的有色合金之间
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间 化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工 业、能源、化工及机械制造
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扩散焊
239. 4MPa。
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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
20
钛合金中空结构
复合底锅
21
8、扩散焊接的应用实例
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。
23
(5) 实验结果分析
连接温度对接头强度的影响 t=60min , P = 0. 05MPa 时接 头的剪切强度随连接温度的变化 如右图所示。随着连接温度的升 高 ,接头剪切强度先增加后减小。
保温时间对接头强度的影响 T=860℃, P=0. 05MPa时,接头 的剪切强度随保温时间的变化如 图右所示。随焊接时间的延长,熔 化的液态中间层逐渐铺展到基体 金属的表面。同时 焊缝组织逐渐 均匀化 ,最终得到性能良好的焊 接接头。
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b)压力
如压力过低，则表层塑性变形不足，表面形成物理接 触的过程迚行不彻底，界面上残留的孔洞过大且过多。 较高的压力可产生较大的表层塑性变形，还可使表层 再结晶温度降低，加速晶界迁移。
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c)保温扩散时间
扩散过程时间过短，导致焊缝中残留有许多孔洞，接 头强度达不到稳定的、与母材相等或相近的强度； 过长的高温高压持续时间，对接头质量不起仸何迚一 步提高的作用，反而会使母材晶粒长大。
(2)焊难点
焊接方法压焊精简扩散焊摩擦焊PPT课件
中间层选择
▪ 结晶化学性能差别较大的两种材料连接时，极 易在接触界面生成脆性金属间化合物。 措施：选择中间层，使中间层金属与两侧材料 都能较好的结合，生成固溶体，则实现良好的 连接。
▪ 两种材料的热膨胀系数差别大，在接头区域极 易产生很大的内应力。 措施：用软的中间层（甚至几个中间层）过渡, 缓和接头的内应力
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中间层选择原则
▪ 1）容易塑性变形，熔点比母材低。 ▪ 2）物理化学性能与母材的差异比被连接材
料之间的差异小。 ▪ 3）不与母材产生不良的冶金反应，如不产
生脆性相或不希望出现的共晶相。 ▪ 4）不引起接头的电化学腐蚀。
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扩散连接的特点
▪ 1）接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观 裂纹等熔焊时的缺陷。
▪ 2）同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接 头，几乎不存在残余应力。
▪ 3）可以实现难焊材料的连接。塑性差或熔点高的同 种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属 间化合物的异种材料（包括金属与陶瓷），扩散 连接是可靠的连接方法之一。
▪ 4）精度高，变形小，精密接合。 ▪ 5）可以进行大面积板及圆柱的连接。 ▪ 6）采用中间层可减少残余应力。
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扩散连接的缺点
▪ 1）无法进行连续式批量生产。 ▪ 2）时间长，成本高。 ▪ 3）接合表面要求严格。 ▪ 4）设备一次性投资较大，且连接工件的尺
寸受到设备的限制。
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摩擦焊
▪ 利用焊件相对摩擦运 动产生的热量，使连 接端部达到热塑性状 态---然后迅速顶锻， 破碎界面氧化膜--并通过界面元素扩散 及再结晶冶金反应实 现可靠连接的一种压 力焊方法。
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钎焊及扩散焊
无机酸HCl、HF、H3PO4 的水溶液或酒精溶液使
用，均可去氧化膜，但前两种有强烈腐蚀性，且加 热中析出有害气体，故很少单独用。
MeO + 2HCl → MeCl2 + H2O MeO + 2HF →MeF2 + H2O
精选可编辑ppt
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钎剂
3MeO + 2H3PO4 → Me3(PO4)2 + 3H2O 常以无机盐ZnCl2 (熔点262℃)的水溶液作钎剂 （ZnCl2 ≯ 30%）。
头间隙； 4. 个别钎焊工艺方法设备投资大，费用高。
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2.1钎料的润湿铺展
1. 钎料的润湿与铺展过程。 润湿是指由固-液相界面来取代固-气相界面，
从而使体系的自由能降低的过程。即将液滴置 于固体表面，若液滴和固体界面的变化能使液 -固体系自由能降低，则液滴能很好润湿固相 表面并铺展开。固、液、气之间的界面张力决 定了液态钎料在母材上的润湿与铺展行为
将生成脆性的化合物，使性能下降。
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硬钎料
2.4 硬钎料 （1）铝基钎料 用途：仅用于钎焊铝及铝合金； 组成：铝及可和铝形成共晶的金属 铝硅共晶、铝硅铜共晶
牌号
名称
合金成分 wt%
Al
Si
Cu
Zn
BAl88Si
BAl67Cu Si BAl86SiC u
HL403
铝硅钎料 铝硅铜1号 铝硅铜2号 铝硅铜锌
钎料与母材的相互作用可以形成下列组织：固
溶体 化合物 共晶体 精选可编辑ppt
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钎焊过程的分解
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第3章钎料与钎剂
异种材料扩散连接综述
异种材料扩散连接综述摘要：扩散焊是将两个被连接件紧压在一起置于真空或保护性气体中加热，使两个连接件表面微观凸凹不平处产生塑性变形。
从而达到紧密接触，再经保温，原子间相互扩散而形成良好的冶金连接的一种固相焊接方法。
本文主要介绍钢-铜异种材料扩散连接的方法过程和特点。
关键词：异种材料；扩散连接；固相焊接1、引言扩散连接技术出现于上世纪年代初，这一焊接方法不仅能够获得同种金属和合金的牢固接头，而且能够获得异种金属和合金的牢固接头，尤其是在航空、航天领域利用扩散焊技术可以解决许多新材料的连接问题。
随着我国航空技术的发展，扩散焊技术的研究和应用也在不断发展，年代实现了同种金属和合金的扩散焊技术应用，目前我国运用扩散焊技术解决异种材料连接已经在航空产品上得到一定程度的应用[1]。
2、扩散连接技术的原理扩散连接（diffusion bonding）是指相互接触的表面，在温度和压力的作用下，被连接材料表面相互靠近、相互接触，局部发生塑性变形，经一定时间结合层原子间相互扩散，在接头焊缝中形成了新的扩散反应层，而形成整体可靠的连接过程。
为了获得优质的焊接接头，必须保证焊接材料不受空气的影响，扩散焊时需在真空或惰性气体保护介质中进行，目前真空扩散焊应用最多。
真空扩散焊是在真空氛围中金属不熔化的条件下通过原子之间的相互扩散并通过原子之间的引力形成新的金属键，从而获得一定强度的焊接接头。
薄膜学说、能量学说、位错理论、再结晶理论等这些扩散连接机理非常复杂[2]。
扩散焊分为固相扩散焊和瞬时液相扩散焊，这取决于焊接过程中所加的压力能否使基体材料表面产生塑性变形，例如超塑性成形扩散焊、常规固相扩散焊、热等静压扩散焊等。
超塑性成形扩散连接技术是针对在高温下金属材料具有超塑性，且金属材料这种超塑性成形温度与扩散焊加热温度很接近，并在压力较低、温度较高和一定的真空环境氛围中进行。
热等静压扩散技术是指从各个方向对待连接材料均匀施加一定压力，在一定温度和真空环境中，通过原子间的相互扩散反应形成焊接接头的一种固相扩散连接方法；扩散连接分为加中间层和不加中间层的连接。
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图９-１８ S -Al表面粗糙度对接头抗弯强度的影响
6.中间层选择
(1)中间层的作用 (2)中间层的选择 (3)固相扩散连接中间层材料 在固相扩散连接中多用软质纯金属材料做中间 层，常用的材料为Ti、Ni、Cu、Al、Ag、Au及不锈钢。 (４)液相扩散连接中间层 液相扩散连接时，除了要求中间层(钎料)具有上述 性能以外，还要求与母材润湿性好、凝固时间短、含有加速扩散的元素(如硼、 铍 时间和压力的影响
图9-2 扩散连接的三阶段模型 a)凹凸不平的初始接触 b)变形和形成部分界面阶段 c)元素相互扩散和反应阶段 d)体积扩散及微孔消除阶段
图9- 4 钛接头中物理接触面积与
3.扩散连接时的化学反应
(1)原子的相互作用 接触面形成时，所产生的结合力不足以产生表面原子间 的牢固连接，为了获得原子之间的牢固结合(形成金属键、共价键、离子键)， 就必须激活表面上的原子。 (2)扩散时的化学反应 在异种材料特别是金属与非金属材料连接时，界面将 发生化学反应。
９.３.５ 复合材料的扩散连接 ９.４ 扩散连接设备 ９.４.１ 扩散连接设备的分类 ９.４.２ 扩散连接设备的组成 ９.４.３ 典型扩散连接设备及工作原理
9.1 扩散连接机理
图９-１ 扩散连接分类简图
9.1.1 固相扩散连接基本原理
1.接头形成过程 2.材料连接时的物理接触过程 3.扩散连接时的化学反应
(1)中间层的作用
1)改善表面接触，减小扩散连接时的压力。 2)可以抑制夹杂物的形成，促进其破碎或分解。 3)改善冶金反应，避免或减少形成脆性金属间化合物和有害的共晶组织。 4)可以降低连接温度，减少扩散连接时间。 5)控制接头应力，提高接头强度。
(2)中间层的选择
1)容易塑性变形，熔点比母材低。 2)物理化学性能与母材的差异比被连接材料之间的差异小。 3)不与母材产生不良的冶金反应，如不产生脆性相或不希望出现的共 4)不引起接头的电化学腐蚀。
图９-１５ 压力对接头弯曲强度的影响
图９-１６ 连接环境对S /Al/S 接头抗弯强度的影响
5.表面状态
(1)表面粗糙度的影响 几乎所有的焊接件都需要由机械加工制成，不同的机 械加工方法，获得的粗糙等级不同。 (2)表面清理 待连接零件在扩散连接前的加工和存放过程中，被连接表面不 可避免地形成氧化物、覆盖着油脂和灰尘等。
1.连接温度 2.扩散连接时间 3.连接压力 4.环境气氛 5.表面状态 6.中间层选择
图９-１１ SiC/Ti反应层厚度与 温度及时间的关系
图９-１２ 连接温度对锡青铜/Ti 接头强度的影响
图９-１３ 扩散连接时间对铜／钢 接头性能的影响
图９-１４ SiC-金属界面的反应层 厚度与接头强度的关系
图9-5 Si 中硅与铝的置换反应 a)反应产物溶解 b)形成新相
9.1.2 液相扩散连接基本原理
(1)液相的生成 将中间扩散夹层材料夹在被连接表面之间，施加一 定的压力(0.1MPa左右)，或依靠工件自重使相互接触。 (2)等温凝固过程 液相形成并充满整个焊缝缝隙后，应立即开始保 温，使液-固相之间进行充分的扩散，由于液相中使熔点降低的元 素大量扩散至母材内(图９-６b)，母材中某些元素向液相中溶解， 使液相的熔点逐渐升高而凝固，凝固界面从两侧向中间推进(图９６c)。 (3)成分均匀化 等温凝固形成的接头，成分很不均匀。
9.3.1 钛合金及其钛铝金属间的扩散连接
1.钛合金的扩散连接 2. Ti3Al金属间化合物的扩散连接 ３.ＴｉＡｌ金属间化合物的扩散连接
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图９-１９ 超塑性成形扩散连接接头 质量与压力及时间的关系
(Ｔ＝１２１２Ｋ，真空度小于1.33× Pa)
第9章 扩 散 连 接
9.1 扩散连接机理 9.1.1 固相扩散连接基本原理 9.1.2 液相扩散连接基本原理 9.1.3 超塑成形扩散连接基本原理 9.2 扩散连接工艺 9.2.1 扩散连接的工艺特点 9.2.2 扩散连接工艺参数选择 9.3 常用材料的扩散连接 9.3.1 钛合金及其钛铝金属间的扩散连接 ９.３.２ 镍基高温合金的扩散连接 ９.３.３ 异种金属材料的扩散连接 ９.３.４ 陶瓷材料的扩散连接
2.接头形式设计
(1)接头的基本形式 扩散连接的接头形式比熔化焊类型多，可进行复杂形状 的接合，如平板、圆管、管、中空、T形及蜂窝结构均可进行扩散连接。 (2)扩散连接制造复合材料 在纤维强化复合材料的制造过程中，常用的加工 方法之一是扩散连接。
图9-１０ 扩散连接的基本接头形式
9.2.2 扩散连接工艺参数选择
11—超塑性成形的三层结构件
1.工艺特点 2.接头形式设计
9.2.1 扩散连接的工艺特点
1.工艺特点
1)接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观裂纹等熔焊时的缺陷。 2)同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接头，几乎不存在残余应力。 3)对于塑性差或熔点高的同种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属 间化合物的异种材料(包括金属与陶瓷)，扩散连接是可靠的连接方法之一。 4)精度高，变形小，精密接合。 5)可以进行大面积板及圆柱的连接。 6)采用中间层可减少残余应力。 1)无法进行连续式批量生产。 2)时间长，成本高。 3)对接合表面要求严格。 4)设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设备的限制。
图9-6 瞬时液相扩散连接过程示意图 a)形成液相 b)低熔点元素向母材扩散 c)等温凝固 d)等温凝固结束 e)成分均匀化
图９-７ 等温凝固过程中固液界面移动模型
图9-8 成分均匀化过程及 元素的浓度分布变化
图９-９ 典型结构的超塑性扩散连接 a)单层加强构件 b)双层加强结构 c)多层夹层结构(三层) 1—上模密封压板 2—超塑性成形板坯 3—加强板 4—下成形模具 5—超塑性成形件 6—外层超塑性成形板坯 7—不连接涂层区(钇基或氮化硼) 8—内层板坯 9—超塑性成形的两层结构件 10—中间层板坯