扩散焊 3.1.15
316L不锈钢扩散焊接头高温蠕变性能
316L不锈钢扩散焊接头高温蠕变性能安子良;轩福贞;涂善东【摘要】以非标准持久试样进行了316L不锈钢扩散焊接头蠕变与持久试验.采用θ函数法描述和预测了316L不锈钢扩散焊接头蠕变曲线,并由θ函数法计算了最小蠕变应变速率和接头在6MPa,550℃条件下蠕变应变达到0.2％时的使用寿命,并将蠕变应变0.2％作为以316L不锈钢为母材的扩散焊构件高温结构设计标准.由持久试验结果可知,θ函数法与Larson - Miller法外推的316L不锈钢直接扩散焊接头蠕变断裂时间较为一致.%The non - standard specimen is used in the creep and stress rupture test of the 316L stainless steel direct diffusion bonding joint. The creep curve is interpreted in terms of the 6 project concept method , the minimum creep strain rate, creep curve and remain life at 6 Mpa are calculated by using 0 project method,the creep strain of 0.2% is select as the design criterion for the diffusion bonding component at high temperature. As known form the stress rupture experimental results, the remaining life extrapolated by Larsen - Miller equation is relatively consistent with that calculated by the 8 project concept method.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2011(028)007【总页数】5页(P6-10)【关键词】扩散焊;蠕变变形;持久强度;θ函数法【作者】安子良;轩福贞;涂善东【作者单位】上海应用技术学院机械工程学院,上海201418;华东理工大学机械与动力工程学院,上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TG453.9;TG142.70 引言扩散焊技术以其加工精度高、适于复杂几何结构加工的特点，成为先进制造技术领域和微小型化学机械系统封装的首选加工工艺，非常适合制备工作高温高压环境中的微小型换热器、反应器和微槽道反应器等［1－4］。
手工自蔓延焊接技术_辛文彤
２ 焊接方法简介
２．１ 焊条 手工自蔓延焊接使用的焊接材料是燃烧型焊
低于母材。
参考文献：
［１］ 刘顺洪，彭善德，巩凡．ＴＣ４ 钛合金激光搭接焊的研究［Ｊ］．电焊 机，２００６，３６（６）：２４－２９．
８０ １６０ ８０ １６０
铜合金 铜合金 铜合金 铜合金
高铜合金 高铜合金 高铜合金 高铜合金
１～３ １～３ ３～６ ３～６
铁 ＴＷＦｅ１１０８ １１ ８０ 系 ＴＷＦｅ１１１６ １１ １６０ （绿） ＴＷＦｅ１５０８ １５ ８０
ＴＷＦｅ１５１６ １５ １６０
钢材 钢材 钢材 钢材
高铁铜合金 高铁铜合金 高铁铜合金 高铁铜合金
（如图 １）。该焊条（亦称自蔓
延焊条）是将可进行燃烧合
成反应的高热剂和必要的
造渣剂、合金剂及粘结剂等
混合均匀作为焊药，成型于
直径 １０￣２０ ｍｍ、长度 ２００～
３００ ｍｍ 的 金 属 或 纸 制 筒 图 １ 燃烧型焊条结构 中，一端安装堵头封闭，一
端安装引火帽而形成的一种特种焊条［２］，已获得
国家发明专利。焊条小巧轻便，便于携带，且操作
１～３ １～３ ３～６ ３～６
镍 ＴＷＮｉ１１０８ １１ ８０ 不锈钢材 高镍铜合金 系 ＴＷＮｉ１１１６ １１ １６０ 不锈钢材 高镍铜合金 （白） ＴＷＮｉ１５０８ １５ ８０ 不锈钢材 高镍铜合金
ＴＷＮｉ１５１６ １５ １６０ 不锈钢材 高镍铜合金
１～３ １～３ ３～６ ３～６
２．２ 焊接方法 焊接时用火柴点燃焊条引火帽，引火帽燃烧
扩散焊
3.4.3 陶瓷材料的扩散焊（掌握）
陶瓷材料扩散焊的主要优点是：焊接强度高， 尺寸容易控制，适合于焊接异种材料； 不足之处是焊接温度高、时间长且须在真空 下进行，成本高，试件尺寸和形状受到限制。 陶瓷材料扩散焊的方法有：①同种陶瓷材料 直接焊接。②用另一种薄层材料焊接同种陶 瓷材料。③异种陶瓷材料直接焊接。④用第 三种薄层材料焊接异种陶瓷材料。
课后作业
随堂笔记（标清序列号）
3．铜与镍的扩散焊
采用扩散焊方法焊接铜与镍及镍合金的焊接 结构，是真空器件制造中应用较为广泛的一 种焊接工艺。 由于铜与镍及镍合金具有较好的塑性，而且 在相互扩散的过程中均能获得连续的固溶体， 使焊接接头质量提高。
4．铜与钼的扩散焊
填加中间层Ni的铜与钼扩散焊的焊接参数为： 加热温度800～950℃，保温时间10～ 15mim，压力19～23 MPa，真空度 1.33×10-4Pa。 铜与铝扩散焊还可以采用镀层的方法，在铝 表面镀上一层厚度为7～14μm的镍层，然 后再进行真空扩散焊，能获得强度较高的扩 散焊接头。
特种焊接与设备
讲解人：韩兆波
第三单元 扩散焊
3.1 扩散焊概述
3.2 扩散焊工艺
综合知识模块
3.3 扩散焊设备
3.4 常用材料的扩散焊
3.1 扩散焊概述
扩散焊（diffusion welding，DFW）
是将紧密接触的焊件置于真空或保护气氛中，
并在一定温度和压力下保持一段时间，使接
触界面之间的原子相互扩散而实现可靠连接
钛合金在扩散焊时无需对焊件表面进行特殊的准备 和控制。 钛合金能吸收大量的O2、H2和N2等气体，故不 宜在H2和N2气氛中进行扩散焊，应在真空状态或 氩气保护下进行。
扩散焊的原理及应用DFW-diffusion Welding
DFW－diffusion Welding
3.1 扩散焊原理及分类
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 的一种压焊方法。
扩散焊是适应原子能、航空、航天及电子工业等尖端技术 领域的需要而迅速发展起来的一种特种焊接技术。
液相扩散焊
3.2 扩散焊的主要特点
优点：
①焊接质量高 ，焊缝中不存在熔化焊缺陷，也不存在过 热组织和热影响区。
②同种材料焊接时，可获得与母材性能相同的接头，几乎 不存在残余应力。
③焊接基体不熔化、不过热，可以焊接所有的金属和非金 属；特别适合焊接用一般焊接方法难以焊接或虽可焊接，但 性能和结构在焊接过程中容易遭受严重破坏的材料，如弥散 强化的高温合金、纤特 种材料、特殊结构中， 如航天工业、电子工业 、核工业。
图30能进行扩散焊的材料
热压焊(或热轧焊和锻焊)：用压力大，产生相当大的塑性 变形。在高温停留时间短，扩散很不充分，影响接头成型质 量的主要因素是变形量。
扩散焊：应用的压力较小，焊接表面发生的塑性流变量较 小，限制在微观范围内。在焊接温度下有充裕的保温扩散时 间，影响接头质量的主要因素是扩散过程。
扩散焊原理示意图
固相扩散焊
发展初期，在焊接界面不产生液相，焊接接头完全是在固 态下形成的。随着扩散焊工艺方法的不断发展，特别是焊接 不同材料或新型材料时，广泛采用了加中间扩散层的焊接工 艺，并在此基础上发展了过渡液相扩散焊工艺，使焊接界面 内有少量液相产生。
3.1 扩散焊原理及分类
扩散焊是在热压焊基础上发展起来的，并吸收了钎焊的某 些优点发展了一些新的工艺方法。
1+X手工焊试题库(附参考答案)
1+X手工焊试题库（附参考答案）一、单选题（共47题，每题1分，共47分）1.在焊接电流相同时,手工钨极氩弧焊的弧光辐射程度()焊条电弧焊的弧光辐射程度。
A、小于B、大于C、等于正确答案：B2.渗透检测不能发现()。
A、表面密集气孔B、内部裂纹C、表面裂纹D、表面锻造折叠正确答案：B3.从事职业活动的人们自觉地遵守职业道德,将规范人们的职业活动和(),最大程度地推动整个社会的物质制造活动。
A、价值观B、报酬C、观念D、行为正确答案：D4.面罩上装有用以遮蔽焊接有害光线的黑玻璃,目前以()的为最多。
A、墨绿色B、黑色C、黄色D、紫色正确答案：A5.射线探伤的代号为()。
A、PTB、RTC、UTD、MT正确答案：B6.关于熔滴过渡说法不正确的是()。
A、一种焊接方法可以有多种过渡方式B、一种焊接方法对应于一种过渡方式C、熔滴过渡方式与焊接方法有关系D、熔滴过渡方式与焊接参数有关系正确答案：B7.焊接过程中如果保护不严,空气进入焊接区域,焊缝容易产生()气孔。
A、HB、NC、OD、CO正确答案：B8.下列哪项措施无法有效控制氧对焊缝危害()。
A、冶金处理B、焊后热处理C、选择合适焊接规范D、限制氧的来源正确答案：B9.焊接、切割过程中若发生回火时,应采取的措施是()。
A、关闭氧气瓶阀B、先关闭焊割炬乙炔阀,然后再关闭氧气阀C、先关闭焊割炬氧气阀,然后再关闭乙炔阀正确答案：B10.利用碳弧气刨对低碳钢开焊接坡口时应采用()。
A、直流正接B、直流反接C、直流正接或反接D、交流电源正确答案：B11.企业员工违反职业纪律,企业()。
A、视情节轻重,做出恰当处分B、因员工受劳动合同保护,不能给予处分C、不能做罚款处罚D、警告往往效果不大正确答案：A12.进行熔敷金属中扩散氢含量的测定,是因为氢是产生()的主要原因。
A、冷裂纹B、热裂纹C、层状撕裂D、再热裂纹正确答案：A13.装配图的尺寸标注中,不需要标注()。
扩散焊实验资料
弥散铜/纯铜扩散焊工艺电阻焊时电极要求工作部位等关键之处采用该类高强高导铜合金，其他部位则可采用导电性优良而价格则相对低廉的纯铜来代替，从而降低生产成本。
加热温度、压力、扩散时间是影响扩散焊接头质量的主要因素温度:扩散温度由500℃上升到550℃时，由于温度升高，提高了原子的振动能，有助于Cu原子借助能量起伏而越过势垒进行扩散迁移.同时温度升高.金属内部的空位浓度提高，这也有利于Cu原子的扩散。
但当扩散温度由550℃升高到600℃时，焊缝两侧母材晶粒迅速长大，降低了扩散焊接头的韧性，同时造成焊接接头处的晶界、亚晶界消失，导致接头抗拉强度下降。
因此，选择合适的加热温度对提高扩散焊焊接接头质量十分重要。
(2)保温时间对接头抗拉强度的影响保温时间长，Cu原子的扩散均匀充分;保温时间太短，接头界面两侧的铜原子来不及充分扩散，导致接头界而处出现空隙，焊接接头强度较低。
增加保温时间可以使接头组织更均匀，随着扩散时间的延长，原子扩散得到充分进行，接头强度也随之提高。
但当保温时间延长到一定程度时，对焊接接头强度起不到进一步提高的作用，反而会使扩散焊接头出现晶粒长大，晶界、亚晶界消失现象，同样导致焊接接头的性能下降。
(3)焊接压力对接头抗拉强度的影响焊接压力为15 MPa时，接头界而上的大部分区域结合不够致密，在扫描电镜(SEM)下可以观察到扩散界面过渡区中存在大量孔洞及不连续的夹杂物，这些夹杂物附着在结合界处，造成结合界面的不连续，当焊接压力为25 MPa时，在扫描电镜中观察到2种材料之间结合紧密，无孔洞及夹杂等缺陷。
随着焊接压力的提高.焊接界面上的孔洞逐渐弥合、消除，所得接头组织致密均匀，抗拉强度也较高。
焊接压力对接头性能的影响主要是通过金属的塑性变形表现出来，宏观上看来已经十分光洁与平整的母材表而，微观上是凹凸不平的，适当的焊接压力可以使焊件表而微观凸起部分产生塑性变形后达到紧密接触状态，增大接触而积可以增加原子扩散通道，促进界而区的扩散。
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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11
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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33
（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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15
扩散焊专题之二
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16
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
精选版课件ppt
35
加压只是使接触面产生微观的局部变形。扩散焊所施
陶瓷组装及连接技术陶瓷与金属的活性钎焊连接氮化物连接.pptx
3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质
a) 熔点较高
HfN (3310℃)， TiN (2950℃)，TaN (3100℃)，VN (2030℃)，BN、 Si3N4、AlN等不存在熔点，而在高温直接升华，不利于真空条件下使用。
b) 高硬度
TiN 21.6GPa，ZrN 19.9GPa，Si3N4 18GPa，H-BN的硬度很低（莫氏硬 度为2），c-BN硬度很高，仅次于金刚石。
工艺操作较易，a- Si3N4 含量较高， 颗粒较细
3 气相合成法
3SiCl+4NH3=Si3N4+12HCl 3SiCl+16NH3=Si3N4+12NH4Cl
1000-1200°C 下生成非晶 Si3N4，再 热处理而得高纯、超细的a- Si3N4， 但含有害的 Cl 离子
4 热分解法
3Si(NH)2=Si3N4+2NH3 3Si(NH2)4=Si3N4+8NH3
c) 抗氧化能力
到一定温度后，在空气中氮化物就发生氧化，某些氮化物由于氧化时在 表面形成保护层，从而阻碍了进一步的氧化。
d) 导电性能变化很大
导电性: TiN、ZrN、NbN等。 绝缘性：BN, AlN, Si3N4
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3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质 Si3N4陶瓷
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3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质 Si3N4陶瓷 Si3N4陶瓷的应用
• 氮化硅基陶瓷刀具 • 氮化硅陶瓷轴承 • 氮化硅陶瓷发动机 • 高温结构部件 • 耐磨部件 • 透波陶瓷-导弹天线窗/罩等 • 高导热陶瓷
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钛合金板材超塑成形和扩散连接件 通用技术规范-最新国标
钛合金板材超塑成形和扩散连接件通用技术规范1 范围本文件规定了钛合金板材超塑成形和扩散连接件（以下简称连接件）的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及质量证明文件。
本文件适用于TA15、TA32和TC4钛合金板材连接件的设计、制造和验收，其他钛合金板材的连接件参照使用。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 228.1 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T 3375 焊接术语GB/T 3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分GB/T 3620.2 钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差GB/T 4698（所有部分）海绵钛、钛及钛合金化学分析方法GB/T 5168 钛及钛合金高低倍组织检验方法GB/T 6394 金属平均晶粒度测定方法GB/T 8541 锻压术语JB/T 4008 无损检测液浸式超声纵波脉冲回波检测和评定不连续方法3 术语和定义GB/T 8541和GB/T 3375界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1超塑成形和扩散连接superplastic forming and diffusion bonding（SPF/DB）超塑成形与扩散连接（扩散焊）工艺相结合制造零件的方法，通常称超塑成形/扩散连接。
3.2超塑成形和扩散连接件 superplastic forming and diffusion bonding parts（SPF/DB parts）采用超塑成形和扩散连接（3.1）方法制造的零件，通常称超塑成形/扩散连接件。
3.3扩散连接焊合率 diffusion bonding rate在指定扩散连接界面发生扩散连接的焊合面积占界面面积的百分比。
3.4凹坑 pit成形过程中零件表面形成的点状凹陷，见图1a）。
硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究
硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究摘要：通过对硬质合金(yg8) 与钛合金(ta15)异种材料焊接工艺问题的分析，采用塑性较好的cu作为中间层来缓解ta15厂yg8的接头热应力。
在焊接温度为860℃。
压力为5 mpa，扩散焊接时间分别为1o，20，3o，5o，60 min的条件下，研究yg8与ta15的扩散焊工艺．分析了yg8与ta15连接界面的原子扩散机制、反应相生成及其分布规律。
结果表明，yg8／cu界面呈一条亮线，结合良好，而ta15／cu界面由于生成层状分布的脆性金属间化合物而出现裂纹。
剪切试验时接头也是在此界面断开。
在扩散焊接时间为60 rain时接头抗剪强度达到116 mpa。
为硬质合金与钛合金复合构件的生产应用提供了理论研究基础。
关键词：真空扩散连接；硬质合金；钛合金；中间相：1ig453．9 ：ayg8硬质合金属于wc—co系硬质合金，由于co是金属中与c相容性最好的金属元素之一。
co熔液对碳的润湿角为50。
一 7oo，故co作为粘结相对wc具有良好的润湿性，可使yg8获得良好的物理、力学性能ⅲ．但硬质合金较脆，抗冲击性差，加工困难．因此．在实际应用中往往将其与韧性好、易加工的金属材料连接成为复合部件使用。
ta15是一种新型的近or．型中强度钛合金．名义成分为ti一6．5a1—2zr-1mo一1v i2]，有着较好的综合力学性能．可作为飞机结构的主要用材，用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件，在飞机结构中有着广阔的应用前景e3]，其与yg8连接的复合构件，可充分发挥两者的性能优势。
但yg8与ta15的线膨胀系数相差较大(yg8为4_5xl0-6 m／k。
ta15为8．oxlo m／k)。
焊接过程中．由于热失配产生的热应力往往会导致在yg8／ta15界面上或yg8中产生裂纹．从而严重影响接头的力学性能。
加之ta15活性大，易氧化，熔焊焊接性差。
由此可见，yg8／ta15 冶金焊接性与工艺焊接性的较大差异是两者可靠连接的瓶颈。
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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。