铝—不锈钢的热压扩散连接

焊接ｔｇｇｓ（８）　９·　：≈＃≈：：≈　《生产应用ｌ　

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９一仪　

０前　言　铝一不锈钢的热压扩散连接　

哈尔滨工业大学张丑。鸯　杰周荣林李卓然　黑龙江省商检局舒黎　，　～　丁　；（，７　

蚪　摘要介绍了铝一不锈锕热压扩敬连接的原理以及工艺参数对接　，　头性髂的影响　除对接头遗　力学性能、打压及高真空气密性试验之　外．还通过金相、ＳＥ　Ｍ｜ＥＰＩＶ＇ｕ￣及ＸＲＤ等方法对接头结合行为进行了观　察与分析。其结果表明铝一不锈锕间相互扩散，实现了牢圃连接，接头　性能良好。　

ＨｏＴ　ＤⅡ　ＦＵＳＩｏＮ　ＷＥＬＤＩＮＧ　ＢＥＴＷＥＥＮ　ＡＬＵＭＩＮＩＵＭ　ＡＮＤ　ＳＴＡＩＮＬＥＳＳ　ＳＴＥＥＬ　

Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｕｈｉ　ｅｔ　ａｌ　Ａｂｓｌｒ￣ｔ　Ｂ　出ｐｒｉｎ￣ｅ　０ｆ　ｃｌｉｆｆ．ｉｏｎ　ｗｄｄｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　啪ｉＴ１ｉ岫·ｎｄ　３ｔ　ｅ势吼ｅｄ　ａｚｌｄ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｊｏｉｎｔ　ｐｒ。ｐｅ　髂ａｒｅ　ｉｎ－　ｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｅ　ｄｅ５　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ船ｔ。ｐｒｅ￣ａｅ—ｆｉｇｈｔ“斌ａｎｄ　ｖＢｃｕ眦　ｓｅａ￣ｎｇ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｊ　ｈａｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓ￣ｂｏｂｓｅｒｖｅｄ　ａｎｄ　ａｎ－　ａｌ州ｌ１ｓｉｎｇ、　＿山ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ．ＳＥＭ，ＥＰＭＡ　ａｎｄ　ＸＲＤ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅ－　ｓｕｉｔｓ　帅ｔｈａｔｍｕｔｕａｌ　ｄｉｆ￣ｏｎ　ｐｒ０。ｅ３ｓ　ｔｈｅｋｅｙ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆｆ＇衄　ｄｉ，培ｊｏｉｎｔ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　

关键词铝不锈铜　异种金属热压扩教连接为　屯　一　

我们所承担的航天工业总公司某研究单位　课题，要求把壁厚为３～４　ｍｍ、直径为４Ｏ～８０　ｍｍ铝管与不锈钢管焊在一起。这两种材料连　接的主要困难有两点：一是在铝的表面有一层　致密的氧化膜．熔点很高，不易去除，去除后又　很快生成，而且在高真空下也不分解，妨碍了铝　与其他材料的连接；另一点，铝与铁的理化性能　差别较大，两种材料相互作用板易生成一系列　舱性的金属间化合物，铝与不锈钢连接时一定　要控制接头处脆性金属闯化合物的生成。针对　铝一不锈钢连接存在的问题，我们提出了热压　扩散连接的方法，街克服铝一不锈钢连接时所　遇到的问题，得到了牢固的铝一不锈钢管接头。　１试验原理与方法　根据要求，选用铝（Ｌ２Ｒ）及铝一镁防锈铝　合金（ＬＦ６）与不锈钢（１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ）进行了连接　试验。焊接铝一不锈钢过渡接头，在现场要用　这个过渡接头，分别把铝管一铝管、不锈铜管一　不锈钢管用氲弧焊焊在一起，解决铝一不锈铜　管的连接问题。这个过渡接头要在低温、高真　空条件下工作，而且承受一１９６～＋１００℃的低、　高温冲击．保证足够的接头强度和真空密封性。　因此，选择了图Ｉ所示的套接接头形式。这样　

维普资讯 http://www.cqvip.com １０·　焊接１９９５（８）　在低温下，可以利用铝与不锈钢热膨胀系数的　差别，增加接头的可靠性。因铝的热膨胀系数　大（差一倍多），低温下铝收缩量大，铝在接头外　棚，收缩时它可以更紧密地压在不锈钢上，使接　头结合及密封性更好。试验原理是把带一定锥　度的不锈钢管与铝管在真空中加热到２００～　５００℃，而后把不锈钢压入铝件中。为了防止铝　件的变形，设计了夹具，装置原理如图２，试件　在真空条件下加热可以防止铝和不锈钢加热时　表面的继续氧化，真空度为１．３ｘ１０－。Ｐａ，压入　时的摩擦作用可以破坏铝与不锈钢表面氧化　膜，可以保证不锈钢的锥面与铝接触，克服铝表　面氧化膜的有害作用，而得到牢固的铝一不锈　钢的连接接头。　

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圈１接头形式示意图　

图２热压扩散焊示意图　１．嘎盖２．村套３．底座４．梧件５．不锯镑件　

２试验结果殛分析　·　将铝一不锈钢表面进行精车及抛光达到　Ｒａ为０．８～０．４坤１的粗糙度，并对连接部分进　行仔缎的机械和化学清理。研究了加热温度及　不锈钢端头锥度对接头性能的影响。结果如图　３和图４所示。从图可以看出．在一定温度范　

围内都可能得到牢固的接头。只要将铝和不锈　钢加热（３５０～４００）℃，不锈钢的端部锥角在　２０。～３Ｏ。之间，都能形成致密的连接。接头的　金相照片如图５。接头拉伸试件可以保证在铝　母材上破坏，弯曲角大于１２０　，对接头进行（一　１９６～＋１００）℃的冷热ｉ巾击试验２０次。　

圈３接头力学性能与预热温度的关系　盈４　圈５铝（Ｌ２Ｒ）一不锈￣（ＩＣｒｌＳＮｉｇＴｉ）　接头金相照片（２００ｘ）　经冷热ｉ巾击与未经冷热冲击接央性能试验　

结果与接头金相照片役有差别。对焊接的铝一　不锈锕过渡接头进行了打压试验，打水压３０～　

维普资讯 http://www.cqvip.com 焊接１９９５（８）　４０ｘ１０一Ｐａ，而后进行１５ｘ１０　Ｐａ气压试验，　最后对过渡接头用氨质谱仪进行真空检漏，结　果表明，漏气率小于１０　Ｐｏ．·Ｌ／ｓ，完全满足超　高真空低温设备使用要求。对试件进行电子探　针扫描分析，发现铝一不锈钢接头两种材料之　间有一定的相互扩散．形成了金属阊的可靠连　接（图６）．为了使试件能在连接处拉断。用减少　过渡接头搭接长度及加大铝件厚度的办法．做　出拉伸试件，使拉仲在连接处破坏．试件如图　７，对拉断断口进行的ＳＥＭ观察表明，在接头　靠近铝侧为韧性断裂，在不锈钢德粘有铝．断口　照片如图８。同时对铝与不锈钢断口两侧ｘ射　线衍射分析结果表哽，在铝一不锈钢的结合面　上没有臆性的金属间化合物生成．ｘ射线衍射　分析结果如图９　焊好的过渡接头，现场使用对铝与不锈钢　侧要进行铝一铝、不锈钢一不锈钢的氩弧焊，为　了确定氲弧焊热循环对接头性能的影响，进行　了接头温度场的测量与计算：结果如图ｉ０。　

圈６铝一不锈钢接头电子探针分析照片　圈７接头拉伸试件　

（ｂ）　圈８接头断１３　ＳＥＭ照片　ＣＡ）铝　（ｂ）不协铜饲　

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０铝　誉　秽　窝　

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圉９过囊接头龋口ｘ射线桁射分析结果　（ａ）铝侧　（ｂ）不铸船埘　

＾砷　。）憾瓢智霉墨囊　维普资讯 http://www.cqvip.com １２　焊接１９９５（８）　ｆｒｏｍ）　图１０接头温度分布测量结果　从测量结果可以看出，距接头３０～５０　ｍｍ　处焊接时，接头的最高温度只有３９０＂Ｃ，这样的　温度对接头性能不会有任何影响．因此过渡接　头铝与不锈钢侧只要长度分别大于３０　ｍｍ，过　渡接头再进行铝一铝、不锈钢一不锈钢氩弧焊　时，对接头性能不会有任何影响。对用这种方　法焊得的接头进行３０×１０　Ｐａ的打压试验（要　求２０×１０一Ｐａ）．接头完好，不受影响。采用这　种方法成功地焊出尺寸为姐０　ｍｍ×３　ｍｌｙｌｌ和　幅０　ｍｍ×４　ｍｍ的纯铅（Ｌ２Ｒ）一不锈钢、防锈　铝（ＬＦ６）一不锈钢、硬铝（ＬＹ１２）一不锈钢及防　锈铝（ＬＦ６）一钛台金过渡接头。　在试验中发现对壁厚为３　ｍｍ的铝一不锈　钢接头，只要搭接长度为４　ａｍ，就可以保证在　铝母材上拉断，而我们实际给出的搭接长度可　达２５　ｍｍ，由于搭接长度的增加，显著地增加　了密封性和耐高真空的可靠性．同时保证接头　在母材上破坏，保险系数达６倍以上，因此认为　用这种方法焊接的铝一不锈钢接头是非常可靠　的。　

３结　论　（１）用热压扩散连接的方法可以得到牢固　的铝一不锈钢接头。　（２）铝一不锈钢之间相互扩散形成了可靠　的金属连接，接头可与母材等强度，接头处没有　脆性的金属问化合物ＦｅＡＩ３生成，接头呈韧性　破坏。　（３）经（一１９６～＋１００）℃的冷热ｉ中击２０　次．对接头组织和性能没有影响，保证接头的漏　气率＜１０　Ｐａ·Ｌ／ｓ，满足高真空低温设备使用　要求。　（４）只要过渡接头铝和不锈钢管的长度分　别大于３０　ｍｍ，再进行铝一铝、不锈钢一不锈　钢的现场氩弧焊时，接头的使用性能没有影响。　

参考文献　１涉各纯市．７，　三二ｒ，厶Ｅ置于’／　五锕　固相接　合（第１辗）．溶接学会垒国大会讲演概要，（４７）：　２９０—２９１　２扬雯锦．铝合盘ＬＤ１０与不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ过渡管　接头的爆炸焊接．运载火箭与返回技术，１９８７（３）：　ｌ２—２１　３龚吉君．在探玲与超高真空条件下使用　铝与不锈　钢管摩擦焊接头韵研制．低温工程，１９８２（３）：３６～　４１　０　

４王文亭．韬与不舒帮钎捍盈其钎齄脆橱研究．轻合　

金加工技术，。ｌ９８６（酌；５６—６２　５　Ｅ　Ｒ　Ｎａｉｒｎｏｎ．ＤｉｆｆｕＭｏｎ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｔｏ　ｓｔａｉｎ—　ｔｅｓｓ　ｓｔｅｅｌＷｅｌｄｉｎｇ　Ｊｏｕｒｎａｌ。１９８１（１１）：１７～２０　

信息窗·　中国焊接学会热切割（Ｉ　ｂ】分委员会（扩大】工作会议在马鞍山市者开　

中国焊接学会热切割（Ｉｂ）分委员会工作会议于１９９５年５月１６～１９目在马鞍山市召开。出席　会议的有分委会主任委员、副主任委员、委员、秘书、以及各学组组长、副组长、有关学组成员和部分　特邀人员共１７人。　会议总结了前期工作并针对我国切割行业存在的问题就热切割分委会今后的工作进行了认真　的研究和讨论。各学组制定了比较切实可行的工作计划。　［本刊通讯员］　

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