扩散连接原理--焊接技术讲座
扩散焊原理
扩散焊原理
扩散焊是一种常见的金属连接工艺，它通过在金属表面加热的同时施加一定的
压力，使两个金属表面原子间扩散，从而形成牢固的连接。
扩散焊原理的理解对于掌握扩散焊工艺至关重要。
首先，扩散焊原理基于金属原子的扩散运动。
在加热的过程中，金属表面的原
子会因为能量的增加而具有更大的运动能力，这使得原子之间的距离变得更远，从而促进了原子的扩散。
当两个金属表面接触并施加一定的压力时，这种扩散现象会更加显著，使得两个金属表面的原子开始相互渗透，最终形成了连接。
其次，扩散焊原理还受到温度和压力的影响。
通常情况下，较高的温度和较大
的压力会促进原子的扩散，从而形成更牢固的连接。
然而，温度和压力的选择需要根据具体的金属材料和焊接要求来确定，过高或过低的温度和压力都会对扩散焊的效果产生不利影响。
此外，扩散焊原理还与金属表面的清洁度有关。
在进行扩散焊之前，需要对金
属表面进行清洁处理，以去除氧化物、油污和其他杂质，以确保扩散焊的质量和效果。
否则，这些杂质会阻碍原子的扩散，导致焊接质量下降。
最后，扩散焊原理也受到金属材料的影响。
不同的金属材料具有不同的扩散速
率和扩散能力，这会影响扩散焊的工艺参数和焊接质量。
因此，在进行扩散焊时，需要根据具体的金属材料选择合适的工艺参数，以确保焊接质量。
总之，扩散焊原理是一种基于金属原子扩散运动的金属连接工艺，它受到温度、压力、金属表面清洁度和金属材料的影响。
只有深刻理解扩散焊原理，才能有效地掌握扩散焊工艺，并保证焊接质量。
固相扩散连接的基本原理
固相扩散连接的基本原理
固相扩散连接是一种加热组件与基板之间直接焊接的技术，在此过程中，焊接材料通过固相扩散实现连接。
固相扩散连接的基本原理可以简单地概括为以下几点：
1. 固态扩散：所谓固态扩散，指的是在高温下，两种物质之间的原子能够自发地在固体中扩散，形成一个均匀的合金结构。
这种扩散是基于固体的原子运动和相互作用的，因此需要较高温度才能实现。
2. 制备焊料：在固相扩散连接中，需要使用一种包含了多种化学元素的焊料。
这种焊料在加热过程中会熔化，并与接合面上的金属发生反应，形成合金结构。
因此，焊料的选取和制备都是固相扩散连接过程中的关键步骤。
3. 加热焊接：在焊接过程中，需要将组件和基板先加热到足够高的温度，以使焊料能够熔化并扩散。
加热过程需要掌握恰当的时间和温度，以保证焊接质量。
4. 固相反应：在加热过程中，焊料中的化学元素会与基板上的金属发生固相反应，形成一个新的固态合金结构。
这个合金结构能够提供可靠的连接和导电性。
总的来说，固相扩散连接的基本原理是在高温下，利用焊料内的化学元素与基板金属发生固相反应，形成一个新的均匀的合金结构。
这种技术具有焊接强度高、稳定性好等优点，在电子、机械、光学等领域得到了广泛应用。
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊原理
高分子扩散焊是一种通过热扩散将高分子材料结合在一起的焊接方法。
其原理是利用高温将被焊接的高分子材料加热至熔化或软化状态，使其表面分子相互扩散并在接触面形成牢固的结合。
具体步骤如下：
1. 确定焊接部位：确定需要焊接的高分子材料部位。
2. 预热材料：将需要焊接的高分子材料加热至软化或熔化状态。
可以使用热风或热板等方式进行预热。
3. 接触和施加压力：将两个高分子材料部位接触在一起，并施加一定的压力，使其牢固接触。
4. 等待冷却：在施加压力的同时，等待焊接部位冷却固化，使高分子材料重新变得坚硬。
5. 检验焊接质量：对焊接部位进行质量检验，确保焊接牢固。
高分子扩散焊主要适用于热塑性高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等。
这种焊接方法可以实现无需添加外部填充材料的焊接，并且焊接强度较高，具有良好的密封性能。
第六讲扩散焊专题
a) 从经济角度考虑，应选择较低的压力; b) 通常扩散焊采用的压力在0.5~50MPa之间。 c) 对于异种金属扩散焊，较大的压力对减小或防止扩散孔洞
有良好作用。 d) 由于压力对扩散焊的第二、三阶段影响较小，在固态扩散
焊时可在后期将压力减小，以便减小工件的变形。
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回顾上节 内 容
扩散焊特点 扩散焊分类 扩散连接原理及机制 扩散焊工艺 扩散焊设备 其他扩散焊方法
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扩散焊的特点
与常用压力焊的相同点：不同点。
扩散焊与熔焊、钎焊方法的比较 优缺点
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扩散焊的分类
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单晶硅和单晶硅扩散焊
不锈钢板和网
碳碳和铌合金
3、保温时间：与温度、压力、中间扩散层厚度和对接成分及组织 均匀化的要求密切相关，也受材料表面状态和中间层材料的影响。 扩散层深度或反应层厚度与扩散时间的平方根成正比。扩散连接 接头强度与保温时间的关系x=如k t下图所示。也存在一个临界保温时 间，接头强度、塑性、延伸率和冲击韧性与保温时间的关系均是 先增大到一定程度后趋于稳定
置换反应：活泼元素置换非活泼元素，如AlMg+SiO2，形成新相硅。
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扩散焊专题之二
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扩散焊工艺
工艺参数 主要包括温度、压力、时间、真空度以及焊件表面处理和中
间层材料的选择等，这些因素对扩散连接过程和接头质量有着极 其重要的影响。
1、温度：①对连接初期表面凸出部位塑性变形、扩散系数、表面 氧化物向母材内溶解及界面孔洞的消失过程等均产生影响；②也 决定了母材的相变、析出以及再结晶过程，从而直接或间接影响 到扩散连接过程及接头质量。温度越高，扩散系数越大；连接表 面达到紧密接触所需压力越小。但温度提高受到被焊材料冶金物 理特性方面的限制；提高加热温度还会造成母材软化及硬化
第六讲扩散焊专题
钟；
第三阶段是界面和孔洞消失，形成可靠接头阶段在接触部位形
成的结合层向体积方向发展，扩大牢固连接面消除界面孔洞，
形成可靠连接
三过程相互交叉进行，连接过程中可生成固溶体及共晶体，有
时形成金属间化合物，通过扩散、再结晶等过程形成
固态冶金结合，达到可靠连接
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图 扩散焊的三阶段模型
a) 凹凸不平的初始接触
（1）真空室： 真空室越大，要达到和保持一定的真空度，对所需真 空系统要求越高。真空室中应有由耐高温材料围成 的均匀加热区，以保持设定的温度；真空室外壳需 要冷却。
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（2）真空系统
一般由扩散泵和机械泵组成。机械泵只能达到 1.33×10-2 Pa的真空度，加扩散泵后可以达到
1.33×10-4 ～1.33×10-5 Pa的真空度，可以满足所
置换反应：活泼元素置换非活泼元素，如AlMg+SiO2，形成新相硅。
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扩散焊专题之二
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扩散焊工艺
工艺参数 主要包括温度、压力、时间、真空度以及焊件表面处理和中
间层材料的选择等，这些因素对扩散连接过程和接头质量有着极 其重要的影响。
1、温度：①对连接初期表面凸出部位塑性变形、扩散系数、表面 氧化物向母材内溶解及界面孔洞的消失过程等均产生影响；②也 决定了母材的相变、析出以及再结晶过程，从而直接或间接影响 到扩散连接过程及接头质量。温度越高，扩散系数越大；连接表 面达到紧密接触所需压力越小。但温度提高受到被焊材料冶金物 理特性方面的限制；提高加热温度还会造成母材软化及硬化
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加压只是使接触面产生微观的局部变形。扩散焊所施
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。
钛及合金扩散焊接工艺原理
钛及合金扩散焊接工艺原理引言：钛及合金作为一种重要的结构材料，广泛应用于航空、航天、化工、医疗等领域。
而钛及合金的焊接工艺对于材料的性能和结构的完整性至关重要。
本文将就钛及合金扩散焊接工艺的原理进行介绍。
一、钛及合金扩散焊接的概念钛及合金扩散焊接是一种通过热源加热材料使其熔化，然后冷却形成焊接接头的方法。
扩散焊接是一种固相连接的方法，焊缝中的原子通过扩散交换作用而形成。
二、钛及合金扩散焊接的工艺过程钛及合金扩散焊接的工艺过程主要包括：准备工作、装配、预热、焊接和冷却等步骤。
1. 准备工作在进行钛及合金扩散焊接前，需要进行材料的准备工作。
首先要确保焊接材料的质量合格，材料表面应去除油污、氧化物等杂质，以保证焊接接头的质量。
同时，还需准备好焊接设备和工具，确保焊接过程的顺利进行。
2. 装配装配是将需要焊接的材料进行合适的安装，以便进行焊接操作。
在装配过程中，需要注意材料的对齐和间隙的控制，以保证焊接接头的强度和密封性。
3. 预热钛及合金扩散焊接需要进行预热处理，以提高焊接接头的强度和耐腐蚀性。
预热温度和时间应根据不同的钛及合金材料进行调整，一般情况下，预热温度为600℃左右，时间为30分钟至1小时。
4. 焊接在预热完成后，进行焊接操作。
焊接时，需要控制焊接参数，如焊接电流、电压、焊接速度等，以保证焊接接头的质量。
焊接过程中，应注意焊接接头的保护，避免氧化和污染。
5. 冷却焊接完成后，需要对焊接接头进行冷却处理。
冷却速度应适中，过快的冷却会导致焊接接头的脆化，影响其力学性能。
冷却时间一般为1小时以上，以确保焊接接头的稳定性。
三、钛及合金扩散焊接的原理钛及合金扩散焊接的原理是通过加热将焊接材料熔化，使其在接触面上形成液态金属，然后在冷却过程中，通过原子间的扩散交换作用，在焊缝中形成固态连接。
在焊接过程中，焊接材料的表面会发生氧化反应，形成一层氧化物膜。
扩散焊接时，焊接接头在高温下与氧化物膜接触，氧化物膜中的氧原子会与焊接接头中的金属原子发生扩散交换作用，使氧原子从氧化物膜中释放出来，金属原子则进入氧化物膜中。
扩散焊接的原理
扩散焊接的原理
扩散焊接（Diffusion Welding）是一种特殊的无填料焊接方法，它在两件高熔点金属材料间形成连接，并利用其熔融温度差和原子扩散过程形成金属之间的连接。
扩散焊接可以将两件金属材料完全融合在一起，使用不需要填料、能够实现低温焊接的优势。
它的原理是利用两件接头表面的金属原子互相扩散，当接头内部的金属原子扩散足够多之后，就会出现金属之间的连接，使得两件金属材料完全融合在一起。
在扩散焊接的过程中，两件金属材料之间会先形成一层“溶解膜”，该膜由金属材料的原子构成，在膜中原子会发生交换，这也是原子扩散的过程。
当溶解膜形成之后，就会出现金属之间的连接，使得两件金属材料完全融合在一起。
在扩散焊接过程中，接头表面必须要有足够的贴合度，并且接头表面的原子密度要比金属内部的原子密度高，以促进原子的扩散。
此外，还需要预先调节接头表面的粗糙度，以促进金属之间的连接。
扩散焊接的优势在于可以在短时间内达到高强度的连接，而且不需要考虑填料的问题，具有较高的焊接效率。
另外，它还可以避免焊接表面的氧化反应，因此可以得到更高的焊接质量。
然而，扩散焊接也有其局限性，例如它只能在温度较低的情况下进行，另外，由于它的原子扩散过程，它只能用于金属材料之间，而不能用于金属和其他材料之间的连接。
总的来说，扩散焊接是一种特殊的无填料焊接方法，它利用其熔融温度差和原子扩散过程，可以将两件金属材料完全融合在一起。
它具有高强度、低温、高焊接效率、质量高等优点，但是它也有一定的局限性，例如只能用于金属材料之间，而不能用于金属和其他材料之间的连接。