[实用新型]同异材质扩散焊接加压装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种针对塑性差或熔点及耐热材料的同种和异种材料、多层材料间连接的扩散焊装置，具体涉及一种带载荷转向夹具的同异材质扩散焊接加压装置。

背景技术

随着材料科学的发展,新材料不断涌现。在生产应用中,经常遇到异种金属的连接问题。焊接异种金属的方法较多,主要有超声波焊接、熔焊、固相压力焊、熔焊-钎焊及液相过渡焊等。一些型面复杂薄壁工件的焊接工艺，因焊接面积大、焊缝强度要求高，实现这样的焊接工艺通常采用扩散焊接。扩散焊接不仅能完成同种材料的焊接，而且可完成异种材料之间的焊接，是一种获得整体接头的固相连接方法。它的焊接强度是一般钎焊焊接强度的几倍。扩散焊具有：(1)扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同，不存在熔化缺陷；(2)焊接温度低，母材损伤小；(3)可进行内部及多点、大面积焊接；(4)微变形、小应力、高精密；(5)适合于塑性差或熔点及耐热材料的同种和异种、多层材料间连接；(6)表面制备要求高；(7)焊接和辅助时间长；(8)设备一次性投资大，工件尺寸受到设备限制的焊接特性。扩散焊工艺通常复杂，设备体积大。薄壁件要完成内外层之间的焊接，在高温条件下自然会产生较大的变形，若水平放置，在重力作用下，就会产生椭圆变形；若垂直放置，就会产生下部堆压变形。为提高焊缝强度，防止焊接面的氧化，内外壁之间的夹层必须抽真空或通入惰性气体进行气氛保护。因此在焊接中，通常是将工件安装在专用的装置上使其悬空，并慢速均匀旋转来控制焊接过程中工件变形。再次，根据材料在不同温度下的性能确定升温速率和保温时间。扩散焊是在真空或惰性气氛环境下，将两个待焊试件紧密接触，加热至低于固相线温度（T=0.5-0.8T_m)。被焊材料在高温和压力作用下产生微观塑性流变而达到紧密接触，使界面处原子相互扩散或固相反应，产生原子结合从而形成牢固的整体接头。同时，升温过程中工件“心表”温差不能太大，并且炉内气氛不能被污染，以减少氧化和残余应力。上述复杂的工艺过程使得加热设备也变得复杂。

扩散焊接必须在扩散焊温度条件下在同种或异种材料焊接面上施加一定的挤压力，挤压力的大小因焊接材料的不同而不同。接头界面组织结构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，发生焊接材料原子间扩散，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，经过一段时间后构成牢固一体的焊接接头。扩散连接接头的形成大致可以分为三个阶段，第一阶段是材料表面的物理接触，为了两个待焊试件获得理想的连接，必须使它们尽量接近到足以建立金属键的距离之内。互相接触的微观不平的表面在高温及压力的作用下，微观凸起部位会发生塑性变形，不均匀的接触面会被碾平，实际的接触面积不断增大。第二阶段是接触界面原子间的相互扩散，实际的接触面形成后继续加热和塑性变形会使晶格中原子的能量和迁移率增加，接头区的原子会被激活而发生迁移，由原来的平衡位置进入新的平衡位置，进行互相扩散，连接的深度逐渐扩大，牢固的结合层不断形成，部分小空隙仍残留在晶粒内。第三阶段是可靠接头的形成。由于材料在高温下会发生回复和再结晶，此阶段将消除残余的微观不连续性和缺陷，接触阶段形成的结合层逐渐向体积方向发展，最终形成可靠的连接接头。其中焊接头因未焊合而形成的孔洞是接头的初始缺陷，孔微孔洞随循环次数的增多沿加载轴向变宽；洞扩展并导致承载面积减小是接头疲劳失效的主要原因。

传统的真空扩散焊炉设计采用电液伺服系统，经过多年的发展,系统结构已经相对成熟,但仍然存在一些固有的缺点,如:真空加热系统压力装置调阀值高、低压力值控制精度差、电液装置中的液压油对环境存在一定的污染等,因此,电液伺服系统不能满足新型扩散焊接的技术要求。扩散焊接装置对被焊接表面要求提供稳定而适中的压力，接合面间的压力是消除或减少表面微观凹凸不平、增加材料直接接触表面积，以至于达到原子间距的重要条件，主要影响第一阶段。施加的压力存在需要一个适当的范围，过大和过小都不利于接头强度的提高。若压力过低，被焊表面的塑性变形不足，物理接触表面原子间距大于建立金属键的距离，原子间排斥力起主导作用，导致原子扩散不足，界面上残留的孔洞过大且过多；过高的扩散压力可产生较大的表面塑性变形，会使被焊表面再结晶温度减低，加速晶界迁移，也将使液态金属挤出过多，接头中剩余的液态中间层过少，不能与母材产生一定程度的相互作用（润湿、填充、溶解、扩散），同样降低扩散效果，导致接头性能变差。因此，扩散焊接装置提供的压力将直接影响扩散焊结果。如用气囊充气加压或加垫板加压，模具结构复杂，扩散连接面若保护不好会导致氧化，影响连接强度。