瞬时液相扩散焊TLP

气体保护扩散பைடு நூலகம்接
真空扩散连接
溶剂保护扩散连接
超塑性成形 －扩散连接
瞬时液相扩散 连接
固态扩散连 接
烧结－扩散连接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
液相扩散连接
也称瞬时液相扩散连接（Transient Liquit Phase），通 常采用比母材熔点低的材料作中间夹层，在加热到连 接温度时，中间层熔化，在结合面上形成瞬间液膜， 在保温过程中，随着低熔点组元向母材的扩散，液膜 厚度随之减小直至消失，再经一定时间的保温而使成 分均匀化。
中间层选择
中间层材料其焊接温度低于母材的熔点（焊接温度为母材的0.60.8倍），进而缩小热影响区带来的不利影响。 选择中间层准则：一是中间层应具有较好的塑性变形能力；二 是中间层合金成分中应包含加速扩散的有益元素，同时需要添 加一些降熔元素，从而加速原子在母材中的溶解和扩散，以保 证中间层合金的熔点低于所要焊接的母材；三是中间层合金与 被焊接母材之间不能发生不好的化学反应，例如产生脆性相或 者一些低熔点共晶相；
瞬时液相扩散焊和钎焊的区别
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
瞬时液相扩散焊和钎焊的区别
中间层
作为TLP 的中间层,应具备以下条件: (1) 熔点低于母材; (2) 与母材间的润湿性好; (3) 不形成有害的金属间化合物; (4) 完成等温凝固快; (5) 成分均匀化快。显然 对中间层的要求比对钎料要求高。为此,从成分角度考虑,主组元应尽量与母材 相同;合金元素中首应含有MPD 元素;并要求MPD 元素应具有以下功能:在母材 中扩散迅速、在母材中的溶解度较大 (利于向母材扩散) 、含量适中以兼顾熔 点的降低与均匀化的难易、使母材表面“液化”显著、有一定“自钎剂”作 用、不形成稳定的有害相、间层溶化后( Melting point depressant elements , 简称MPD元素)应以自由态存在,利于其迅速扩散入母材。另外应含有可使焊缝 区满足特殊性能要求 ( 如抗高温氧化性能、抗腐蚀性能、抗低温脆断性能等 ) 的合金元素。从开发制备成型角度考虑,非晶箔带具有能提高溶质(MPD 元素) 的极限溶解度、薄且成分均匀、熔化区间窄、无需粘结剂的优点,有取代以粉 末、电镀、喷涂等方式预置中间层的趋势。
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连接压力
扩散连接时的压力主要促使连接表面产生塑性变形及达到紧密 接触状态，使界面区原子激活，加速扩散与界面孔洞的弥合及 消失，防止扩散孔洞的产生。压力愈大，温度愈高，紧密接触 的面积也愈多。但不管压力多大，在扩散连接的初期不可能使 连接表面达到100%的紧密接触状态，总有一小部分演变成界面孔 洞。目前，扩散连接规范中应用的压力范围很宽，最小只有 0.04MPa(瞬时液相扩散连接)，最大可达350MPa（热等静压扩散 连接），而一般压力约为 10~30MPa。与连接温度和时间的影响 一样，压力也存在最佳值，在其他规范参数不变的条件下，最 佳压力时接头可以获得最佳强度。
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
3 TLP焊接新型耐热钢实例
高温高压发电厂 （9.9MPa，540度） 超高压发电厂 （13.83MPa，540度） 亚临界压力发电厂 （16.77MPa，540度） 超临界压力发电厂 （22.11MPa，550度） 超超临界压力发电厂 （31MPa，600度）
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表面状态
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。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。在连接前需经过脱脂、去除氧化物及气体处理等工 艺过程。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
河南理工大学
瞬时液相扩散焊及其在新型耐热钢焊接中的应用
2016年6月12日
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
1 焊接
焊接
定义：被焊工件（材质同种或异种）通过加热或加压，或 两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子间结 合的一种加工方法。 特点：在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展 较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的 45%。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通 运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好， 适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、 铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊 结构，经济效益很高。焊接已成为现代工业中一种不可缺 少，而且日益重要的加工工艺方法。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
第一阶段：变形、交界面形成 接触点 屈服和蠕变 塑性变形
压力持续 接触面积增 大，晶粒间连接。
第二阶段：晶界迁移和微孔的收 缩和消除 第三阶段：体积扩散，微孔消除 和界面消失
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扩散连接
加中间层的扩散连接
不加中间层的扩散连接
3 TLP焊接新型耐热钢实例
标准镍铬-镍硅热电偶
3 TLP焊接新型耐热钢实例
TLP扩散焊的工艺曲线
3 TLP焊接新型耐热钢实例
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2 瞬时液相扩散焊（TLP）
a）
b）
c）
d）
e）
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
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固态扩散连接与瞬时液相扩散对比
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扩散连接参数选择
扩散连接参数主要有温度、压力、时间、气氛环境和 试件的表面状态，这些因素之间相互影响、相互制约， 在选择焊接参数时应统筹考虑。此外，扩散连接时还 应考虑中间层材料的选用。
1 焊接
熔化焊：将两个工件连接处加热至熔化状态，连接处的 金属经历一个熔合—冷却—结晶的过程，形成焊缝，成 为一体。 压力焊：利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法， 压力焊又称压焊。这类焊接有两种形式，可加热后施 压，亦可直接冷压焊接。 钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件 和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利 用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩 散实现连接焊件的方法。
水的临界参数是:22.129MPa、374.15℃在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的
3 TLP焊接新型耐热钢实例
3 TLP焊接新型耐热钢实例
3 TLP焊接新型耐热钢实例
非晶中间层
气路图及布局图
3 TLP焊接新型耐热钢实例
开放式瞬时液相扩散连接焊机
3 TLP焊接新型耐热钢实例
开放环境TLP扩散连接试验原理图
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保温时间
扩散连接时间t（也称保温时间）主要决定原子扩散和界面反应 的程度，同时也对所连接金属的蠕变产生影响。连接时间不同， 所形成的界面产物和界面结构不同。扩散连接时，要求接头成 分均匀化的程度越高，保温时间就将以平方的速度增长。实际 扩散连接工艺中保温时间从几分钟到几小时，甚至达到几十小 时。但从提高生产率考虑，保温时间越短越好。缩短保温时间， 必须相应提高温度与压力。 接头强度一般是随时间的增加而上升，而后逐渐趋于稳定。接 头的塑性，延伸率和冲击韧性与保温扩散时间的关系也与此相 似。
焊 接 方 法 分 类
1 焊接
1 焊接
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
目录
1 焊接
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
3 TLP焊接新型耐热钢实例
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
扩散焊
定义：在一定的温度和压力下，被连接表面相互接 触，通过使局部发生微观塑性变形，或通过被连接 表面产生的微观液相而扩大被连接表面的物理接触， 然后结合层原子间经过一定时间的相互扩散，形成 整体可靠连接的过程。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
瞬时液相扩散焊和钎焊的区别
母材与中间层/ 钎料的相互作用
无论钎焊或TLP 接合都要求中间层或钎料熔化后能与母 材发生良好的润湿。在钎焊中,润湿是铺展、填缝的前 提,润湿性不好,即使是预置的中间层也会从界面间流出 而球聚于焊缝之外; TLP 接合中亦然。但钎焊的侧重点 在于“润湿”,而TLP 接合中的侧重点在于“MPD 元素 向母材中的扩散”。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
保护气氛
扩散连接一般在真空、惰性气体（ 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惰性气体和 空气中连接的接头强度。真空中的材料在温度升高时，气体会 从零件和真空室内壁中析出，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。
TLP 焊接工艺的上述优点决定了它可用于一般钎焊难以胜任的场合:对力学 性能要求高(不低于母材) ;服役温度高的耐热合金的焊接;接头形式只许采用 对接形式(钎焊采用搭接) ;特别是在先进材料的连接 (如单晶材料、先进陶 瓷、金属基复合材料) 等场合,其应用前景更为广阔。但TLP 焊接也存在对中 间层要求严、端面粗糙度要求严、焊接时间长等美中不足。
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a）单温工艺
b）双温工艺
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双（多）温工艺优点
传统瞬时液相连接过程能够有效的进行焊接，但是由于焊接温度 较高，容易出现焊接裂纹等缺陷。因此，陈思杰教授在TLP扩散 连接接头形成理论方面提出了“瞬时液相扩散连接双温工艺理 论”，TLP连接双温工艺模型把传统TLP连接过程分成两个不同的 温度区间，首先，前加热阶段完成非晶箔中间层的熔化和界面增 宽；其次，后等温加热阶段完成液态中间层的凝固以及均匀化等 过程。一般来说，短时高温加热连接可以让中间层熔化扩散更加 充分，中间层原子和母材基体的润湿铺展作用更加显著；由于双 温工艺等温凝固连接温度低于传统TLP连接温度（低20～50℃左 右），从而在一定程度上降低接头过渡区基体的过热倾向，这对 于提高连接接头力学性能有很大的帮助。
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瞬时液相扩散焊和钎焊的区别
TLP焊接与钎焊操作步骤相似 ,如均需在待连接母材表面间放入 熔 点 低 于 母 材 的 第 三 种 材 料 ， 但 是 在 TLP 中 常 叫 中 间 层 Interlayer ;在钎焊中常叫钎料 Filler metal;然后加热、保温。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
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连接温度
连接温度T越高，扩散系数愈大，金属的塑性变形能力愈好，连 接表面达到紧密接触所需的压力愈小。但是，加热温度受到再 结晶、低熔共晶和金属间化合物生成等因素的影响。因此，不 同材料组合的连接温度，应根据具体情况，通过实验来选定。 从大量实验结果看，连接温度大都在0.5～0.8Tm(母材熔化温度) 范围内，最适合的温度一般为T≈0.7Tm。对瞬时液相扩散连接温 度的选择，常在可生成液相的最低温度附近，温度过高将引起 母材的过量溶解。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
扩散焊和钎焊的区别
凝固机制
钎焊接头是在连续冷却过程中结晶的,属非平衡条件下的结晶。TLP 接合中,液态中间层 是在等温条件下进行凝固的,属平衡条件下的结晶。
2 瞬时液相扩散焊（TLP）
扩散焊和钎焊的区别
与钎焊相比TLP 焊接具有如下优点:
(1) TLP 接头在等温凝固完成后具有明显不同于母材与填充金属的成分,并在一定 情况下最终的显微组织中分辨不出填充金属; (2) TLP 接头比一般硬钎焊接头的强度高; (3) TLP 接头的重熔温度高于钎焊接头而耐高温性能好; (4) TLP 焊接容许母材表面存在一定的氧化膜有一定的“自清净”能力。