扩散焊的原理及应用--材料工程

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1、扩散焊的原理及应用姓名：乐雄学号：153112113专业：材料工程摘要：简介扩散焊的原理、分类及特点，从扩散焊加热温度、压力及保温时间等工艺参数和中间层材料选择以及焊后质量检测方面进行了综述，并探讨了扩散焊应用的发展趋势，认为新材料或难焊材料及其构件的扩散焊工艺、中间层的研制和开发、工艺参数的优化、工艺标准和焊后检测验收标准的建立及完善、扩散焊的数值模拟和仿真等方面研究会成为今后研究重点。关键词：扩散焊；瞬时液相扩散焊；真空扩散焊Thetheoryandapplicationofdiffusionbondi

2、ngAbstract：Thetheory,classificationandcharacteristicsofdiffusionbondingareintroduced.Thetechnologyparameters,intermediatelayermaterialselectionandweldingqualityinspectionaresummarized.Thedevelopmentandimprovementofnewmaterialsorhardmaterials,theoptimizatio

3、nofprocessparameters,theestablishmentandimprovementofthestandardofwelding,numericalsimulationandSimulationofdiffusionweldingarediscussed.Keywords:diffusionbonding；transientliquidphasediffusionbonding；vacuumdiffusionbonding扩散焊也称扩散连接，是指在一定的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过

4、微观塑性变形或通过在待焊表面上产生液相而扩大待焊表面的物理接触，然后经过较长的时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方法[1]。扩散焊是异种金属、耐热合金、复合材料、陶瓷等的主要连接方法，有着广泛的应用前景。扩散焊在导电装置和元件的加工制造、电真空器件制造、机械制造工业以及航空航天等方面都有着广泛的应用。尤其在航空航天方面，航空工业是扩散焊最重要的应用领域。据报道，[2]美国在近十年间，用扩散焊接和超塑性成形扩散焊接组合工艺制造了大量B-1轰炸机的性合金组件，包括重要的翼板、平衡器支座、舱壁、具梁等66种之

5、多，同时还焊接了航天飞机主发动机推进器结构，它由25个扩散焊接零件组成。用这种方法制造飞行器组件可有效地减轻结构重量、节约贵重材料，从而降低生产成本。国外扩散焊技术相对成熟，而国内扩散焊接则起步不久。因此扩散焊有着重要的研究意义，本文主要阐述扩散焊的相关原理及其优点，及介绍重要的扩散焊技术，从工艺参数等方面介绍国内外研究进展，并对今后发展做出了展望。1.扩散焊的原理、分类及特点1.1.扩散焊接头的原理要使金属在不熔化情况下形成良好的焊接接头，就必须使待焊面紧密接触以达到原子引力范围内形成金属键。而材料表面不

6、可能是完全平整和光洁，实际表面还存在氧化膜、污物和表面吸附层，都会影响接触面上金属原子形成金属键，而两母材表面晶体位相也不同，不同材料晶体结构也不同，这些都会影响材料的连接效果。所以有必要对焊接接头进行加压和加热，使表面的氧化膜破裂，表面发生塑性变形和高温蠕变，从而加快两材料的扩散连接。为了方便研究，通常将扩散焊分为以下四个阶段讨论。第一阶段为初始物理接触阶段，表面不平整，只有部分接触点接触，如图1a所示。第二阶段为塑性变形阶段，在外加压力的作用下，通过屈服和蠕变机理是使表面发生塑性变形，而且表面的接触面积

7、逐渐增大，最终达到整个界面的可靠接触，界面未达到紧密接触区域形成界面空洞，如图1b所示。第三阶段为元素扩散与反应阶段，接触面的原子间相互扩散，形成紧密结合，如图1c所示，由于变形引起晶格畸变、位错、空位等缺陷，使界面能量显著增加，原子处于高度激活状态，有利于扩散。第四阶段为体扩散阶段，微孔逐渐消失，如图1d所示，组织成分逐渐均匀化，最后达到晶粒穿过晶界界面生长，原始界面消失。图1.扩散焊的四个阶段示意图当然这四个阶段也不是截然分开的，而是相互交叉进行，经过扩散过程形成可靠连接。1.2.扩散焊的分类及特点按被

8、焊材料的组合形式来分可分为无中间层扩散焊和加中间层扩散焊，按照焊接母材不同，也可分为同种材料扩散焊和异种材料焊接。异种材料焊接在接头处会形成不同于机体的新相，新相的性能决定焊接接头的性能，因此研究元素在接头中的扩散规律并预测新相的生成极其重要。Fick[4]、Bottzmann[3]和Matono[4]等对扩散系数D进行了大量研究。Fick提出第一定律，D不随浓度的变化而变化，即：当扩散系数D随着浓度变化而变化，