CN103831526B - 利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法 - Google Patents
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Abstract
利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,本发明涉及扩散连接的方法。本发明要解决现有扩散连接时,材料表面的钝化膜降低扩散连接强度,而提高扩散连接的温度或延长连接时间,导致母材晶粒粗大、强度降低以及界面处金属间化合物产生的问题。装置包括夹紧环、纵向齿条、上齿轮、斜向齿条、下齿轮、横向齿条、刀具、刀具齿轮和刀具齿条;方法:一、装夹待连接材料;二、抽真空;三、去膜;四、扩散连接。本发明方法降低了对连接面的要求,并明显降低扩散连接所需要的温度,缩短连接时间,提高扩散连接效率。本发明方法会降低焊接过程中对母材的影响,有效提高焊缝强度。本发明用于扩散连接。
Description
技术领域
本发明涉及扩散连接的方法。
背景技术
扩散连接是在一定的温度和压力下将待连接材料贴合在一起,工件连接表面只产生微观塑性变形,界面处的原子相互扩散形成稳定接头的连接方法;扩散连接方法的精度高、变形小,可以实现大面积板材及圆柱的连接,因而在工业生产中有独特的优势。然而,扩散连接对待焊接表面要求严格,待焊接表面应达到一定的光洁度,还要克服表面钝化膜对扩散连接的影响。一些材料在连接前经过机械加工和腐蚀清洗,表面又会很快形成钝化膜,即使经过加热使部分钝化膜分解,在很多情况下还难以消除钝化膜的影响。例如镍在高温下与氧接触,可形成NiO,在100℃~1100℃之间的分解压为1.3×10-5Pa~1.3×10-4Pa,一般扩散连接使用的真空度为1.3×10-3Pa,NiO不能分解,如果材料表面生成Al2O3和Cr2O3,就更难发生分解。因此,在扩散连接中,材料表面的钝化膜会对接头的性能产生不利的影响。
表面的钝化膜对连接过程中原子的扩散具有消极作用,为了减弱这种影响,通常提高扩散连接连接温度或延长连接时间。然而,依靠提高温度加快原子扩散速率有很大的弊端,首先温度的提高会影响母材原有性能,如晶粒粗大,强度降低等,其次提高温度会增加界面处金属间化合物的产生,造成接头脆性断裂,最后,在当前能源和环境问题十分严峻的情况下,节能减排成为最重要的一个课题。因此,去除表面的钝化膜并防止钝化膜的二次产生对扩散连接尤为重要。
目前有人采用焊前去膜的方法对有钝化膜材料的扩散连接进行工艺研究,专利授权号为ZL200910306878.7,发明名称为《一种采用旋转摩擦辅助去除铝管氧化膜的铜铝组合管路件热压焊接的方法》以及公开号为CN102500911A,发明名称为《一种预摩擦辅助装置及利用该装置实现扩散连接的方法》这两个专利所述的方法,均是采用旋转摩擦实现钝化膜的去除。然而采用旋转摩擦虽然能去除材料表面的钝化膜,但去除后的钝化膜仍然残留在待焊表面上,焊接过程中难以使其溶解于母材中或分解,使其残留在焊缝处,形成缺欠,降低焊接结构性能。
发明内容
本发明要解决现有扩散连接时,材料表面的钝化膜降低扩散连接强度,而提高扩散连接的温度或延长连接时间,导致母材晶粒粗大、强度降低以及界面处金属间化合物产生的问题,而提供利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法。
一种去膜辅助装置包括夹紧环、纵向齿条、上齿轮、斜向齿条、下齿轮、横向齿条、刀具、刀具齿轮和刀具齿条,所述纵向齿条下端与夹紧环固定连接,上齿轮固定在框架上,上齿轮与纵向齿条和斜向齿条啮合,所述斜向齿条滑动固定在框架上,斜向齿条与下齿轮啮合,所述下齿轮通过旋转轴设置在框架上,下齿轮与横向齿条啮合,横向齿条滑动固定在框架上,盘状的刀具与刀具齿轮同轴固定,刀具和刀具齿轮安装在横向齿条尾部的轴上,刀具齿条固定在框架上,刀具齿条与刀具齿轮啮合。
利用上述一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将上述的一种去膜辅助装置安装在真空焊接炉内的上压力柱与下压力柱之间,夹紧环套在上压力柱下端,将两个待连接材料分别装夹在上压力柱和下压力柱的端面上;
二、将真空焊接炉抽真空,控制真空度为8.0×10-3Pa~3.0×10-5Pa;
三、启动真空焊接炉的压力机,纵向齿条随压力机的上压力柱移动,驱动上齿轮转动,并带动斜向齿条移动,斜向齿条带动下齿轮转动,与下齿轮相啮合的横向齿条带动刀具平动,刀具齿轮与固定的刀具齿条发生相对移动,刀具齿轮转动并带动刀具转动,调节上压力柱的下降速度,控制刀具的转速为0.1r/min~50r/min,刀具水平运动一次,即完成待连接材料的表面氧化膜的去除;
四、上压力柱下降并向待连接材料施加轴向顶锻力,控制上压力柱施压的压力为3MPa~350MPa,真空焊接炉内的温度为300℃~1200℃,保持2min~10h,待连接材料的连接界面原子间相互扩散,完成利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法。
本发明去膜装置是将上压力柱的轴向往复转化为刀具的平动和转动的装置。
本发明的有益效果是:一、本发明装置是将压力机的轴向往复运动转化为平动和转动,使得刀具对待焊工件表面进行切削加工,实现材料表面钝化膜的完全去除,材料以裸露的新鲜原子面相接触,从而促进原子扩散和连接;本发明方法是实现材料表面去膜及扩散连接,材料表面去膜及扩散连接过程均持续维持在真空或保护性气氛中,不涉及到连接面的二次氧化问题,本发明方法降低了对连接面的要求,并明显降低扩散连接所需要的温度,缩短连接时间,提高扩散连接效率。本发明方法会降低焊接过程中对母材的影响,有效提高焊缝强度。二、采用本发明的装置对普通扩散连接炉不做任何改动,且结构合理,容易实施。本发明方法对于具有表面钝化膜的材料的扩散连接效果明显,且工艺简单,可操作性强,可有效提高扩散连接质量及效率。三、本发明方法去膜彻底,不会残留氧化膜或使氧化膜留在待焊表面,去膜效果非常理想。
本发明用于扩散连接。
附图说明
图1为本发明一种去膜辅助装置的示意图;
图2为本发明一种去膜辅助装置刀具的示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式一种去膜辅助装置包括夹紧环1、纵向齿条2、上齿轮3、斜向齿条4、下齿轮5、横向齿条6、刀具7、刀具齿轮8和刀具齿条9,所述纵向齿条2下端与夹紧环1固定连接,上齿轮3固定在框架10上,上齿轮3与纵向齿条2和斜向齿条4啮合,所述斜向齿条4滑动固定在框架10上,斜向齿条4与下齿轮5啮合,所述下齿轮5通过旋转轴设置在框架10上,下齿轮5与横向齿条6啮合,横向齿条6滑动固定在框架10上,盘状的刀具7与刀具齿轮8同轴固定,刀具7和刀具齿轮8安装在横向齿条6尾部的轴上,刀具齿条9固定在框架10上,刀具齿条9与刀具齿轮8啮合。
具体实施方式二:利用具体实施方式一所述的一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将具体实施方式一所述的一种去膜辅助装置安装在真空焊接炉内的上压力柱11与下压力柱12之间,夹紧环1套在上压力柱11下端,将两个待连接材料分别装夹在上压力柱11和下压力柱12的端面上;
二、将真空焊接炉抽真空,控制真空度为8.0×10-3Pa~3.0×10-5Pa;
三、启动真空焊接炉的压力机,纵向齿条2随压力机的上压力柱11移动,驱动上齿轮3转动,并带动斜向齿条4移动,斜向齿条4带动下齿轮5转动,与下齿轮5相啮合的横向齿条6带动刀具7平动,刀具齿轮8与固定的刀具齿条9发生相对移动,刀具齿轮8转动并带动刀具7转动,调节上压力柱11的下降速度,控制刀具7的转速为0.1r/min~50r/min,刀具7水平运动一次,即完成待连接材料的表面氧化膜的去除;
四、上压力柱11下降并向待连接材料施加轴向顶锻力,控制上压力柱11施压的压力为1MPa~350MPa,真空焊接炉内的温度为300℃~1200℃,保持2min~10h,待连接材料的连接界面原子间相互扩散,完成利用具体实施方式一所述的一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤二中控制真空度为7.0×10-3Pa~4.0×10-5Pa。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤三中控制真空焊接炉内温度为100℃~200℃。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤三中控制真空焊接炉内温度为室温。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤三中控制刀具7的转速为1r/min~40r/min。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是:步骤三中控制刀具7的转速为5r/min。其它与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤四中控制上压力柱施压的压力为10MPa~340MPa。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式二不同的是:步骤四中真空焊接炉内的温度为400℃~1100℃,保持10min~8h。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是:步骤四中真空焊接炉内的温度为450℃,保持60min。其它与具体实施方式二至九之一相同。
采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例一种去膜辅助装置包括夹紧环1、纵向齿条2、上齿轮3、斜向齿条4、下齿轮5、横向齿条6、刀具7、刀具齿轮8和刀具齿条9,所述纵向齿条2下端与夹紧环1固定连接,上齿轮3固定在框架10上,上齿轮3与纵向齿条2和斜向齿条4啮合,所述斜向齿条4滑动固定在框架10上,斜向齿条4与下齿轮5啮合,所述下齿轮5通过旋转轴设置在框架10上,下齿轮5与横向齿条6啮合,横向齿条6滑动固定在框架10上,盘状的刀具7与刀具齿轮8同轴固定,刀具7和刀具齿轮8安装在横向齿条6尾部的轴上,刀具齿条9固定在框架10上,刀具齿条9与刀具齿轮8啮合。
利用上述的一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,具体是按照以下步骤进行的:
一、将一种去膜辅助装置安装在真空焊接炉内的上压力柱11与下压力柱12之间,夹紧环1套在上压力柱11下端,将两个待连接材料分别装夹在上压力柱11和下压力柱12的端面上;
二、将真空焊接炉抽真空,控制真空度为8.0×10-3Pa~3.0×10-5Pa;
三、启动真空焊接炉的压力机,纵向齿条2随压力机的上压力柱11移动,驱动上齿轮3转动,并带动斜向齿条4移动,斜向齿条4带动下齿轮5转动,与下齿轮5相啮合的横向齿条6带动刀具7平动,刀具齿轮8与固定的刀具齿条9发生相对移动,刀具齿轮8转动并带动刀具7转动,调节上压力柱11的下降速度,控制刀具7的转速为5r/min,刀具7水平运动一次,即完成待连接材料的表面氧化膜的去除;
四、上压力柱11下降并向待连接材料施加轴向顶锻力,控制上压力柱11施压的压力为1.5MPa,真空焊接炉内的温度为450℃,保持60min,待连接材料的连接界面原子间相互扩散,完成利用一所述的一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法。
本实施例中待连接材料为纯铝和纯镍,尺寸为6mm×6mm×5mm,扩散连接面为6mm×6mm。
对比实验:
本对比实验通过普通扩散连接方式进行连接,控制上压力柱施压的压力为1.5MPa,真空焊接炉内的温度为450℃,保持60min。
本对比实验中待连接材料为纯铝和纯镍,尺寸为6mm×6mm×5mm,扩散连接面为6mm×6mm。
对连接件进行抗剪强度测试,采用普通扩散连接时接头抗剪强度为5.34MPa,而采用本装置进行的去膜辅助扩散连接,接头抗剪强度可达15.20MPa,相比常规扩散连接提高了185%,大大提高了焊接结构的质量及可靠性。
Claims (9)
1.利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于具体是按照以下步骤进行的:
一、将一种去膜辅助装置安装在真空焊接炉内的上压力柱(11)与下压力柱(12)之间,夹紧环(1)套在上压力柱(11)下端,将两个待连接材料分别装夹在上压力柱(11)和下压力柱(12)的端面上;
二、将真空焊接炉抽真空,控制真空度为8.0×10-3Pa~3.0×10-5Pa;
三、启动真空焊接炉的压力机,纵向齿条(2)随压力机的上压力柱(11)移动,驱动上齿轮(3)转动,并带动斜向齿条(4)移动,斜向齿条(4)带动下齿轮(5)转动,与下齿轮(5)相啮合的横向齿条(6)带动刀具(7)平动,刀具齿轮(8)与固定的刀具齿条(9)发生相对移动,刀具齿轮(8)转动并带动刀具(7)转动,调节上压力柱(11)的下降速度,控制刀具(7)的转速为0.1r/min~50r/min,刀具(7)水平运动一次,即完成待连接材料的表面氧化膜的去除;
四、上压力柱(11)下降并向待连接材料施加轴向顶锻力,控制上压力柱(11)施压的压力为1MPa~350MPa,真空焊接炉内的温度为300℃~1200℃,保持2min~10h,待连接材料的连接界面原子间相互扩散,完成利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法;
其中,步骤一所述一种去膜辅助装置包括夹紧环(1)、纵向齿条(2)、上齿轮(3)、斜向齿条(4)、下齿轮(5)、横向齿条(6)、刀具(7)、刀具齿轮(8)和刀具齿条(9),所述纵向齿条(2)下端与夹紧环(1)固定连接,上齿轮(3)固定在框架(10)上,上齿轮(3)与纵向齿条(2)和斜向齿条(4)啮合,所述斜向齿条(4)滑动固定在框架(10)上,斜向齿条(4)与下齿轮(5)啮合,所述下齿轮(5)通过旋转轴设置在框架(10)上,下齿轮(5)与横向齿条(6)啮合,横向齿条(6)滑动固定在框架(10)上,盘状的刀具(7)与刀具齿轮(8)同轴固定,刀具(7)和刀具齿轮(8)安装在横向齿条(6)尾部的轴上,刀具齿条(9)固定在框架(10)上,刀具齿条(9)与刀具齿轮(8)啮合。
2.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤二中控制真空度为7.0×10-3Pa~4.0×10-5Pa。
3.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤三中控制真空焊接炉内温度为100℃~200℃。
4.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤三中控制真空焊接炉内温度为室温。
5.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤三中控制刀具(7)的转速为1r/min~40r/min。
6.根据权利要求5所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤三中控制刀具(7)的转速为5r/min。
7.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤四中控制上压力柱施压的压力为10MPa~340MPa。
8.根据权利要求1所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤四中真空焊接炉内的温度为400℃~1100℃,保持10min~8h。
9.根据权利要求8所述的利用一种去膜辅助装置进行扩散连接的方法,其特征在于步骤四中真空焊接炉内的温度为450℃,保持60min。
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