[发明专利]局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置

说明书

本发明涉及一种局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置，该方法包括：处理与清理待连接材料的界面区域；刚性拘束所述待连接材料；局部感应加热所述待连接材料；焊后热处理连接接头；处理所述连接接头的表面。该装置包括感应电源、感应线圈、刚性拘束热自压扩散连接工装、红外测温装置、控温装置和冷却系统。该局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置的目的是解决电子束热源局部非熔化加热刚性拘束热自压扩散连接时温度梯度较大、加热形式及区域有限的问题。

技术领域

本发明涉及扩散焊接技术领域，具体涉及一种局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置。

背景技术

扩散焊需要在一定的温度和压力下，被连接材料表面相互接触，通过使局部发生微观塑性变形或被连接表面产生微观液相，从而扩大被连接表面接触，然后经较长时间的原子相互扩散，实现整体可靠连接的过程。和熔化焊接方法相比，扩散连接时加热温度低于待焊熔点或相变点，焊接热过程对待连接材料的显微组织和力学性能影响较小，同时能够避免高温热循环时待连接材料经熔化凝固过程产生的气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷，接头的综合力学性能较好，并可实现难焊材料和异种材料的高质量连接，在航空制造工程中广泛使用。

在金属不熔化的情况下，要形成焊接接头就必须使两待焊表面紧密接触，使之距离达到(1～5)×10^-8cm以内，金属原子间的引力才开始起作用，才可能形成金属键，获得一定强度的接头。实际金属表面无论采取何种精密加工，在微观上总还是起伏不平的。在零压力下接触时，其实际接触点只占全部表面积的百万分之一，在施加一般压力时，实际紧密接触面积仅占全部表面积的1％左右，其余表面之间距离均大于原子引力起作用的范围。因此为了实现待连接材料的连接，通常需要将被连接材料加热到合适的温度，并施加适当的压力，促进界面微观塑性变形和两侧原子扩散，从而实现固相扩散连接。

传统炉内加热机械加压扩散连接方法大部分需要采用外部机械加压和对炉内待连接材料进行整体加热，一定程度上限制了其实用性。针对传统炉内整体加热和外加压力扩散连接的不足，提出了一种刚性拘束热自压扩散连接方法，利用电子束作热源对刚性拘束的待连接材料界面区进行非熔化扫描局部加热，界面区高温金属受热膨胀，在周围冷金属材料和刚性拘束的作用下，形成热拘束应力应变场，对界面处热塑性状态金属进行挤压，促进界面两侧原子扩散，实现固相连接。刚性拘束热自压扩散连接过程中，无需外加压力装置对界面金属进行挤压，而是借助于非熔化加热温差效应产生的热拘束应力应变场对待连接界面的内部自挤压效应，从而实现在无外力作用条件下的固相连接。

利用电子束热源局部非熔化加热刚性拘束热自压扩散连接时存在以下几个方面的不足：

①板状对接接头，电子束热源仅能单面加热，沿厚度方向存在一定的温度梯度，板厚较厚时，下部材料达到所需要的原子扩散连接温度较为困难；

②对接接头为曲面形貌时，不同位置，电子束热源距加热表面工作距离不同，热流密度分布不均匀，加热不均匀，易出现局部熔化；

③电子束热源加热时，为确保沿板宽方向加热均匀性，需要利用电子枪磁偏转线圈控制束流进行沿板宽方向的扫描加热，当板宽尺寸较大时，因电子束热源扫描尺寸有限，板宽两侧难以扫描加热；

④电子束热源加热时，必须使用真空室，设备成本高。

因此，发明人提供了一种局部感应加热的刚性拘束热自压扩散连接方法及装置。

发明内容

(1)要解决的技术问题