擴散焊的原理及應(yīng)用--材料工程(已修改)
2025-01-18 13:54 本頁面
【正文】 擴散焊的原理及應(yīng)用 姓名：樂雄 學(xué)號： 153112113 專業(yè)：材料工程 摘要： 簡介擴散焊的原理、分類及特點，從擴散焊加熱溫度、壓力及保溫時間等工藝參數(shù)和中間層材料選擇以及焊后質(zhì)量檢測方面進行了綜述，并探討了擴散焊應(yīng)用的發(fā)展趨勢，認為新材料或難焊材料及其構(gòu)件的擴散焊工藝、中間層的研制和開發(fā)、工藝參數(shù)的優(yōu)化、工藝標(biāo)準和焊后檢測驗收標(biāo)準的建立及完善、擴散焊的數(shù)值模擬和仿真等方面 研究會成為今后研究重點。 關(guān)鍵詞： 擴散焊；瞬時液相擴散焊；真空擴散焊 The theory and application of diffusion bonding Abstract： The theory, classification and characteristics of diffusion bonding are introduced. The technology parameters, intermediate layer material selection and welding quality inspection are summarized. The development and improvement of new materials or hard materials, the optimization of process parameters, the establishment and improvement of the standard of welding, numerical simulation and Simulation of diffusion welding are discussed. Key words: diffusion bonding； transient liquid phase diffusion bonding； vacuum diffusion bonding 擴散焊也稱擴散連接，是指在一定的溫度和壓力下使待焊表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過在待焊表面上產(chǎn)生液相而擴大待焊表面的物理接觸，然后經(jīng)過較長的時間的原子相互擴散來實現(xiàn)結(jié)合的一種焊接方法 [1]。擴散焊是異種金屬、耐熱合金、復(fù)合材料、陶瓷等的主要連接方法，有著廣泛的應(yīng)用前景。 擴散焊在導(dǎo)電裝置和元件的加工制造、電真空器件制造、機械制造工業(yè)以及航空航天等方面都有著廣泛的應(yīng)用。 尤其在航空航天方面，航空工業(yè)是擴散焊最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)報道， [2]美國在近十年間，用擴散焊接和超塑性成形擴散焊接組合工藝制造了大量 B1 轟炸機的性合金組件，包括重要的翼板、平衡器支座、艙壁、具梁等 66 種之多，同時還焊接了航天飛機主發(fā)動機推進器結(jié)構(gòu)，它由 25個擴散焊接零件組成。用這種方法制造飛行器組件可有效地減輕結(jié)構(gòu)重量、節(jié)約貴重材料，從而降低生產(chǎn)成本。國外擴散焊技術(shù)相對成熟，而國內(nèi)擴散焊接則起步不久。 因此擴散焊有著重要的研究意義，本文主要闡述擴散焊的相關(guān)原理及其優(yōu)點，及介紹重要的擴散焊技術(shù)，從工藝參數(shù)等 方面介紹國內(nèi)外研究進展，并對今后發(fā)展做出了展望。 、分類及特點 . 擴散焊接頭的原理 要使金屬在不熔化情況下形成 良好的焊接接頭，就必須使待焊面緊密接觸 以達到原子 引力 范圍內(nèi) 形成 金屬鍵 。 而 材料表面 不可能是完全平整和光潔， 實際 表面還存在氧化膜 、 污物 和 表面吸附層，都會影響接觸面上金屬原子形成金屬鍵，而 兩 母材表面晶體位 相 也不同，不同材料晶體結(jié)構(gòu)也不同，這些都會影響材料的連接效果。 所以有必要對 焊接接頭進行加壓和加熱，使表面的氧化膜破裂 ， 表面發(fā)生塑性變形和高溫蠕變，從而加快兩 材料 的擴散連接。為了 方 便研究 ，通常將擴散 焊分為 以下四個階段 討論。 第一階段為 初始物理接觸階段， 表面不平整 ，只有部分接觸點接觸 ， 如圖1a 所示。 第二階段 為 塑性變形階段 ， 在外加壓力的 作用下，通過屈服和蠕變機理是 使表面發(fā)生塑性變形，而且表面的接觸面積逐漸增大，最終達到整個界面的可靠接觸 ， 界面未達到緊密接觸區(qū)域形成界面空洞 ， 如圖 1b 所示。 第三階段 為 元素 擴散與反應(yīng)階段， 接觸面的 原子間相互擴散，形成緊密結(jié)合 ，如圖 1c 所示，由于變形引起晶格畸變、位錯、空位等缺陷，使界面能量顯著增加， 原 子處于 高度激活 狀態(tài)，有利于擴散。 第四階段 為 體擴散 階段 ，微孔逐漸消失 ， 如圖 1d 所示，組織成分逐漸均勻化，最后達到晶粒穿過 晶界 界面生長， 原始界面消失。 圖 1. 擴散焊的 四個階段 示意圖 當(dāng)然 這四個階段也不是截然分開的 ， 而是相互 交叉 進行， 經(jīng)過 擴散過程形成可靠連接。 按被焊材料 的組合形式來分可分為無中間層擴散焊和加中間層擴散 焊，按照焊接母材不同，也可分為同種材料擴散焊和異種材料 焊接 。 異種材料 焊接 在接頭處會形成不同于機體的 新相 ，新相 的性能決定焊接接頭的性能，因此研究元素在 接頭中的擴散 規(guī)律并預(yù)測 新相的生成 極其重要 。 Fick[4]、Bottzmann[3]和 Matono[4]等對 擴散系數(shù) D 進行了大量研究。 Fick 提出第一定律，D 不隨濃度的變化而變化，即： 當(dāng)擴散系數(shù) D 隨著濃度變化而變化，即擴散體系為非穩(wěn)態(tài)， Bottzmann 用分離變量法： 在此基礎(chǔ)上， Matano 用圖解法提出了不同濃度下的擴散系數(shù)方程： 以上式中： J 是擴散通量； C 是元素濃度； t 是保溫
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