CN112122762A - 一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于焊接技术领域，提供了一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，将待焊接的焊件相互套接后放入一包套中，待焊接的焊件之间以及零件与包套之间保留一定的间隙，包套的线膨胀系数小于焊件的线膨胀系数，以此设置，在真空高温环境中实施扩散焊接的过程中，焊件会受热膨胀，而包套的膨胀程度会小于焊件的膨胀程度，在升温过程中包套与外层的焊件之间的间隙会逐渐减小直至包套箍住焊件，使得包套对待焊接的焊件产生挤压力，并最终使待焊接的焊件之间实现扩散焊接。本发明对扩散焊接辅助设备的要求较低，无需使用压头施加压力，在真空热处理设备中就可以完成焊接，能够有效节约焊接所需的工装及加工成本。

Description

一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法。
背景技术
真空扩散焊技术是将待焊零件置于真空炉或真空环境中给予一定的温度及压力，使待焊表面相互接触，在压力作用下通过微观塑性变形而扩大待连接表面的物理接触，使结合材料在发生微小塑性变形和蠕变的同时经一定时间的原子间相互扩散形成可靠整体连接的一种先进焊接方法。压力是实现扩散焊接的必要条件，通过加压装置如油缸压头使待焊零件的焊接面进入挤压接触状态，通常情况下还需要辅助工装以实现压力传递过程。
对于平面类零件，如图1所示，将需要焊接的第一焊件1和第二焊件2叠加放置在真空室4中，在焊件1和焊件2的上方通过压头施加压力F，通过加热带5为真空室加热，保持一定温度和压力一段时间后，第一焊件1和第二焊件2的接触面进入挤压接触状态并最终构成扩散焊接面3使第一焊件1和第二焊件2焊接。对于回转类零件，如图2所示，将需要焊接的第一焊件1和第二焊件2也放置在真空室中，第二焊件2套装在第一焊件1外，第一焊件1内设置胀芯工装6和胀瓣工装7，胀芯工装6为大端朝上的圆台形结构，以图2所示结构设置，在胀芯工装6的顶端通过压头施加力F且保持一定温度和压力一段时间后，第一焊件1和第二焊件2的接触面进入挤压接触状态并最终构成扩散焊接面3使第一焊件1和第二焊件2焊接。
上述的现有真空扩散焊接技术均需要加压装置和辅助工装等设备才能完成，对辅助设备的要求较高。
发明内容
本发明提供一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，旨在解决现有的真空扩散焊接技术对辅助设备要求较高的问题。
本发明是这样实现的，一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，包括：
将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体，所述第二焊件套设所述第一焊件，所述包套套设所述第二焊件，所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件的线膨胀系数，所述第一焊件与所述第二焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别留有0.05mm～0.15mm的间隙；
将所述第一装配体放置在一垫环工装上构成第二装配体，将所述第二装配体放置在一真空可加热环境中，在真空环境中梯度升温加热所述第二装配体至所述第一焊件和所述第二焊件的焊接温度并保温完成扩散焊接。
更进一步地，所述包套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍。
更进一步地，所述包套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度。
更进一步地，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括将所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套去油、清洗和吹干的步骤。
更进一步地，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括对待焊接所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤，使所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套的粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。
更进一步地，所述真空可加热环境的真空度＜9E-3Pa。
本发明提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法用于焊接回转类零件，将待焊接的焊件相互套接后放入一包套中，待焊接的焊件之间以及零件与包套之间保留一定的间隙，包套的线膨胀系数小于焊件的线膨胀系数，以此设置，在真空高温环境中实施扩散焊接的过程中，焊件会受热膨胀，但是由于其线膨胀系数小于包套的线膨胀系数，因此包套的膨胀程度会小于焊件的膨胀程度，在升温过程中包套与外层的焊件之间的间隙会逐渐减小直至包套箍住焊件，使得包套对待焊接的焊件产生挤压力，并最终使待焊接的焊件之间实现扩散焊接。本发明对扩散焊接辅助设备的要求较低，无需使用压头施加压力，在真空热处理设备中就可以完成焊接，能够有效节约焊接所需的工装及加工成本。
附图说明
图1是现有技术中对平面类零件的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图；
图2是现有技术中对回转类零件的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图；
图3是本发明实施例提供的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法的焊件装配示意图。
图中标号分别表示：1-第一焊件，2-第二焊件，3-扩散焊接面，4-真空室，5-加热带，6-胀芯工装，7-胀瓣工装，8-包套，9-垫还工装，10-通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，参见图3，该扩散焊接方法包括：
将待焊接的第一焊件1和第二焊件2放入一包套8中构成第一装配体，第二焊件2套设第一焊件1，包套8套设第二焊件2，包套8的线膨胀系数小于第二焊件2的线膨胀系数，第一焊件1与第二焊件2之间以及第二焊件2与包套8之间分别留有0.05mm～0.15mm的间隙。
第一焊件1和第二焊件2的接触面为扩散焊接面3。第一焊件1和第二焊件2之间的间隙以及第二焊件与包套8之间的间隙根据第一焊件1、第二焊件2和包套3材料的线膨胀系数进行调整，优选范围为0.05mm～0.15mm，同时，进一步优选地，包套8的线膨胀系数为第二焊件2的线膨胀系数的0.8倍，以保证在升温过程中包套3能够充分箍住第二焊件2，进而产生足够挤压第一焊件1和第二焊件2实现扩散焊接的压力。此外，为了保证第一装配体的结构强度，包套8的屈服强度大于第二焊件2的屈服强度，优选为大于第二焊件2二倍的屈服强度。可以选用的第一焊件1/第二焊件2和包套8的组合可以是06Cr19Ni10/06Cr19Ni10和SiC复合材料(304不锈钢/304不锈钢和碳化硅复合材料)、6061铝合金/6061铝合金和06Cr19Ni10、6061铝合金/6061铝合金和Q235(A3钢)、6061铝合金/6061铝合金和TC4钛合金等。
将第一装配体放置在一垫环工装9上构成第二装配体，将第二装配体放置在一真空可加热环境中，在真空环境中梯度升温加热第二装配体至第一焊件1和第二焊件2的焊接温度并保温完成扩散焊接。
垫环工装9中心可以开设通孔10，通孔10的直径小于第一焊件1的直径。第二装配体放置在一真空可加热环境中加热升温，真空可加热环境可以是真空炉或者其他真空热处理设备，真空可加热环境的真空度＜9E-3Pa，梯度升温的温度和时间根据第一焊件1和第二焊件2材料的焊接温度进行相应设置。
为了确保第一焊件1和第二焊件2的扩散焊接效率，在将待焊接的第一焊件1和第二焊件2放入包套8中构成第一装配体之前，还包括将第一焊件1、
第二焊件2和包套8去油、清洗和吹干的步骤，以及，对第一焊件1和第二焊件2进行表面处理控制其粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本发明实施例提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法包括：
将材料为06Cr19Ni10的第一焊件和第二焊件以及材料为SiC复合材料的包套进行表面处理，使其粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm，再对其进行去油、清洗至材料金属本色并吹干，SiC复合材料是碳化硅与硅的复合材料。
将待焊接的第一焊件和第二焊件放入包套中构成第一装配体，第二焊件套设第一焊件，包套套设第二焊件，第一焊件与第二焊件之间的间隙为0.08mm，包套与第二焊件之间的间隙为0.15mm。
将第一装配体放置在垫环工装上构成第二装配体，将第二装配体放置在真空炉中，对真空炉抽真空至低于9E-3Pa，按照如下表所示的温度和真空度进行梯度升温和保温，升温至1000℃后保温120min，然后降温至150℃开炉取出焊件，完成第一焊件和第二焊件之间的扩散焊接。
Figure BDA0002628021200000051
对该实施例1得到的焊件进行金相分析结果表明，第一焊件和第二焊件之间扩散焊接面即焊缝未见裂纹、层状撕裂、孔穴、夹渣等缺陷，未见未熔合和未焊透。
实施例2
本发明实施例提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法包括：
将材料为6061铝合金的第一焊件和第二焊件以及材料为TC4钛合金的包套进行表面处理，使其粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm，再对其进行去油、清洗至材料金属本色并吹干。
将待焊接的第一焊件和第二焊件放入包套中构成第一装配体，第二焊件套设第一焊件，包套套设第二焊件，第一焊件与第二焊件之间的间隙为0.05mm，包套与第二焊件之间的间隙为0.08mm。
将第一装配体放置在垫环工装上构成第二装配体，将第二装配体放置在真空炉中，对真空炉抽真空至低于9E-3Pa，按照如下表所示的温度和真空度进行梯度升温和保温，升温至540℃后保温120min，然后降温至150℃时开炉取出焊件，完成第一焊件和第二焊件之间的扩散焊接。
Figure BDA0002628021200000061
该实施例2得到的焊件的第一焊件和第二焊件之间扩散焊接面即焊缝未见裂纹、层状撕裂、孔穴、夹渣等缺陷，未见未熔合和未焊透。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，其特征在于，包括：
将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体，所述第二焊件套设所述第一焊件，所述包套套设所述第二焊件，所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件的线膨胀系数，所述包套的屈服强度大于所述第二焊件的屈服强度，所述第一焊件与所述第二焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别留有0.05mm～0.15mm的间隙；
将所述第一装配体放置在一垫环工装上构成第二装配体，将所述第二装配体放置在一真空可加热环境中，在真空环境中梯度升温加热所述第二装配体至所述第一焊件和所述第二焊件的焊接温度并保温完成扩散焊接。
2.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，其特征在于，所述包套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍。
3.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，其特征在于，所述包套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度。
4.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，其特征在于，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括将所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套去油、清洗和吹干的步骤。
5.根据权利要求4所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，其特征在于，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括对待焊接所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤，使所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套的粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。
6.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法，其特征在于，所述真空可加热环境的真空度＜9E-3Pa。
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