扩散焊 3.1.15

3. 扩散焊

3.1扩散焊原理及设备

1. 原理：

扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过待焊面产生的微量液相而扩大待焊面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合的一种焊接方法。

在金属不熔化的情况下，两工件之

间接触距离达到（1～5）×10-8 CM 以内

时，金属原子间的引力才开始起作用。

一般金属通过精密加工后，其表面轮廓

算术平均偏差为（0.8～1.6）×10-4 CM 。

在零压力作用下接触时，实际接触

面只占全部表面积的百万分之一。在施

加正常扩散压力时，实际接触面仅占全

部表面积的1%左右。

图1 金属真实表面示意图 金属真实表面的情况（见图1）。

扩散焊过程的三个阶段，（见图2）。

第一阶段

变形和交界面的形成。在温度和

压力的作用下，微观凸起部位首先接

触和变形，在变形中表面吸附层被挤

开，氧化膜被挤碎，凸点产生塑性变

形，开始形成金属键连接。

第二阶段

晶界迁移和微孔的消除。原子扩

散和再结晶的作用，开始形成焊缝。

第三阶段

体积扩散，微孔和界面消失。原

子扩散向纵深发展，在界面处达到冶

金连接。

图2 扩散焊的三个阶段模型图

影响扩散过程和程度的主要工艺因素

1）温度：

影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊温度一般高于1/2金属熔化温度。0.6～0.8Tm

（Tm母材熔点）。

2）压力：

主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑性变形不足。0.5～50Mpa。

3）时间：

扩散焊需要较长的时间。时间过短，会导致焊缝中残留有许多孔洞，影响接头性能。

2. 设备：

真空扩散焊设备——由真空室、加热器、加压系统、真空系统、温度测控系统及

电源等组成。

图3 真空扩散焊设备示意图

超塑成型扩散焊设备——由压力机和专用加热炉组成。

图4 超塑成型扩散焊设备示意图

热等静压扩散焊设备——设备较复杂。

图5 热等静压扩散焊设备示意图

3.2 扩散焊应用及特点

1.特点：

1）接头质量好，焊后无需机加工。

2）焊件变形量小(低压力，工件整体加热，随炉冷却)。

3）一次可焊多个接头。

4）可焊一些其它方法无法焊接的材料。

2.缺点：

1）设备投资大。

2）焊接时间长，表面准备耗力大，生产率低。

3）对焊缝的焊合质量尚无可靠的无损检测手段。

3. 应用：

应用在一些特种材料，特殊结构的焊接中。如；航天工业、电子工业、核工业等。

扩散焊可焊材料见图。

图3 可进行扩散焊的材料组合