焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl

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1、第8章压力焊（扩散焊、摩擦焊）扩散连接技术新材料如陶瓷、金属间化合物、非晶态材料及单晶合金等等可焊性差，用传统熔焊方法，很难实现可靠的连接。一些特殊的高性能构件的制造，要求把性能差别较大的异种材料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等连接在一起--传统熔焊方法难以实现。连接所涉及的范围远远超出传统熔焊的概念--为适应这种要求---作为固相连接的方法之一扩散连接技术引起人们的重视----已广泛用于航天、航空、仪表及电子等国防部门，并逐步扩展到机械、化工及汽车制造等领域。过程(压焊一种变形)：压力－点接触－点（局部）塑性变形－氧化膜破坏－－形成微小连接；压力作用时间增加－蠕变变形－扩散

2、逐渐生长－空隙逐渐消失，连接界面增加；体积扩散－空隙完全消失－界面原子结合，界面消失扩散连接原理工艺参数：变形与扩散是连接的主要机制，在不同的阶段所占比重不同压力：促使连接表面产生塑性变形、达到紧密接触状态，加速扩散与界面孔洞的弥合及消失。扩散焊工件一般无宏观塑性变形2）时间：决定原子扩散、界面反应和蠕变的程度。连接时间不同，形成的界面产物和界面结构不同。扩散连接接头成分均匀化的程度越高，保温时间增长，接头强度增加。由扩散速度决定，一般为几十到几百分钟。3）温度：温度升高有利于连接材料间进行原子扩散，一般为0.5至0.8倍熔点[K]环境气氛扩散连接一般在真空、非活性气体（Ar、N2）或大气

3、气氛环境下进行；一般真空扩散焊接头强度高于在非活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，常用真空度范围内（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。表面状态表面状态对连接过程和连接质量影响很大，焊前必须进行精加工、磨平甚至抛光。表面清理：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---连接前需经过脱脂、去除氧化物及气体处理等工艺过程。表面处理方法：机加、化学侵蚀、超声波清洗中间层选择结晶化学性能差别较大的两种材料连接时，极易在接

4、触界面生成脆性金属间化合物。措施：选择中间层，使中间层金属与两侧材料都能较好的结合，生成固溶体，则实现良好的连接。两种材料的热膨胀系数差别大，在接头区域极易产生很大的内应力。措施：用软的中间层（甚至几个中间层）过渡,缓和接头的内应力中间层选择扩散连接时，中间层材料非常主要，除了能够无限互溶的材料以外，异种材料、陶瓷、金属间化合物等材料多采用中间夹层的扩散连接。中间层可采用多种方式添加，如薄金属垫片、非晶态箔片、粉末（对难以制成薄片的脆性材料）和表面镀膜（如蒸镀、PVD、电镀、离子镀、化学镀、喷镀、离子注入等）。中间层选择原则1）容易塑性变形，熔点比母材低。2）物理化学性能与母材的差异比被连

5、接材料之间的差异小。3）不与母材产生不良的冶金反应，如不产生脆性相或不希望出现的共晶相。4）不引起接头的电化学腐蚀。扩散连接的特点1）接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观裂纹等熔焊时的缺陷。2）同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接头，几乎不存在残余应力。3）可以实现难焊材料的连接。塑性差或熔点高的同种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属间化合物的异种材料（包括金属与陶瓷），扩散连接是可靠的连接方法之一。4）精度高，变形小，精密接合。5）可以进行大面积板及圆柱的连接。6）采用中间层可减少残余应力。扩散连接的缺点1）无法进行连续式批量生产。2）时间长，成本高。3）接合表面要求严

6、格。4）设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设备的限制。摩擦焊利用焊件相对摩擦运动产生的热量，使连接端部达到热塑性状态---然后迅速顶锻，破碎界面氧化膜---并通过界面元素扩散及再结晶冶金反应实现可靠连接的一种压力焊方法。摩擦焊的应用可焊接大多数同种或异种金属。高温时，塑性良好的同种金属以及能够互溶、扩散的异种金属，都具有良好的焊接性。高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢-铜、硬质合金-钢等。活性金属（如钛、锆等）、表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数小（如铸铁、黄铜等）的金属很难焊接。摩擦焊的特点优点属固相焊，焊接接头质量高，废品率是闪光焊的1%，接头组织致密

7、；工件变形量（焊接余量）小，焊前不需特殊表面处理，不需填充材料和保护气体；适合于大多数同种或异种金属的焊接；操作简单、易于实现机械化、自动化；高效、节能、环保（无火花、弧光、有害气体）。缺点焊件的结构形状与焊接位置受限；对焊件的加工与夹持要求较高；接头有飞边，焊后需进行机械加工去除；设备一次性投资费用高。摩擦焊分类连续驱动摩擦焊惯性摩擦焊相位摩擦焊径向摩擦焊线性摩擦焊搅拌摩擦焊通常所说的摩擦焊主要是指连续驱动摩擦焊、相位