真空系统设计（压力扩散焊接）

3.2.1.5压力扩散焊接

压力焊是靠压力使需焊接材料的接触表面熔焊在一起,不用过渡金属。压力扩散焊接主要分电阻焊和扩散焊。

A电阻焊

电阻焊是将金属被焊件组合后压紧于两铜电极之间,在焊接件相互压紧的情况下,对被焊工件通以大电流,利用高强度的电流流经工件接头的接触面及邻近区域所产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,从而将被焊件结合的一种焊接方法。这种电阻焊通常称为点焊,广泛用于真空室内零件的焊接。特点是:焊接点牢固,没有污染,不影响真空系统达到超高真空状态。缝焊是点焊的发展形式,可用来焊接厚度小于2mm的迭片金属零件,而且接头很牢固。

B真空扩散焊

a真空扩散焊接原理与应用特点

真空(保护气体)扩散焊接技术是在一定的真空度条件下或保护气氛(氢、氩等)的保护下,将两个平整光洁的待焊接表面加热到一定的温度,在不加任何焊料或中间金属的情况下,在温度和压力的同时作用下,发生微观塑性流变后相互紧密接触,利用焊件接触表面的电子、原子或分子互相扩散转移,并且形成离子键、金属键或共价键,经一段时间保温,使焊接区的成分、组织均匀化,以达到完全的冶金连接过程。由此可见,扩散焊接主要是依靠焊接表面发生微观塑性流变后,达到紧密接触,使原子相互大量扩散而实现焊接的。它能够完成用其他焊接方法难以实现的焊接工作,而且还可以实现溶解、高熔点金属以及非金属等异种材料之间的焊接,使它们均能获得优质的焊接接头。扩散焊接的焊面必须无氧化物和无油脂等真空扩散焊接的特点是:(1)焊接过程是在完全没有液相或仅有极小过渡相参加的情况下形成接头后再经扩散处理的过程。焊缝成分和组织可以完全与基体一致,接头内不残留任何铸态组织,原始界面完全消失,因此能保持原有基金属的物理、化学和力学性能。(2)扩散焊由于基体不过热或熔化,因此几乎可以在不破坏被焊材料性能的情况下,焊接一切金属和非金属材料。特别适用于焊接一般焊接方法难以实现,或虽可焊接但性能和结构在焊接过程中容易受到严重破坏的材料,如弥散强化的高温合金、纤维强化的硼-铝复合材料等。(3)可焊接不同类型,甚至差别很大的材料,包括异种金属、金属与金属封接等冶金上完全互不相溶的材料。(4)可焊接结构复杂以及厚薄相差很大的工件。(5)加热均匀、焊件不变形、不产生残余应力,使工件保持较高精度的几何尺寸和形状。

真空扩散焊接的具体应用:铝合金与不锈钢的焊接;钛合金与95%氧化铝金属封接的封接;无氧铜、镀镍可伐及蒙乃尔合金与95%氧化铝金属封接和99.5%氧化铝的封接。这些材料的主要特点是材料对氧的亲和力很大,并形成稳定致密的氧化膜,尤其是在高温状态下对气体具有很大的化学活泼性,晶体组织及性能容易发生变化。另外,它还具有很强的吸气现象,特别是对氧和氮更为严重等,这些特点是焊接钛合金时遇到的主要困难。

b真空扩散焊接工艺

首先,对工件表面进行精细加工,经过预先研磨抛光,加工出合乎要求的表面粗糙度,然后将工件进行清洗。清洗的工序是为了除去材料表面的油脂、氧化膜及其他吸附层,因为这对获得优质的接头是最大的障碍,较好的清洗方法是将焊接工件在HNO2-HF溶液中进行酸洗,然后把清洗好的工件放入烘箱中烘烤。装配工件时必须使平整光滑的焊接面紧密贴合、定位、压紧、装配完毕后放入真空室内，当真空度达到所需要的数值时,焊接设备开始升温、加压,进行扩散焊接。

温度、压力、时间是真空扩散焊接的关键参数,这些参数对材料的性能和组织转变的动力学均有影响,因此必须根据不同焊接材料和对工件的要求合理选取,其中焊接温度是决定焊缝质量最有影响的因素。以钛合金(Ti-6%al-4%)材料的扩散焊接工艺过程为例,对于a-型钛合金,它的温度要比β型钛合金的转变温度约低42~56℃,Ti-6%al-4%v钛合金最佳的扩散焊接温度为927~945℃(B型钛合金的转变温度为996℃)。真空扩散焊接时,应注意对材料的过热度不能太大,否则会因晶粒长大而使接头的强度和塑性降低。压力应根据工件表面不同的粗糙度来选取,一般选择4.9~9.8MPa。焊接时间要根据焊接材料扩散系数的大小、表面状态、力学性能以及温度和压力的数值来确定。

扩散焊接时的工作真空度同样是一个重要的工艺参数。试验结果表明,虽然钛对氧的亲和力很大,但是在13.3Pa的真空度条件下就能得到光洁的焊接表面。为了获得优质高性能的焊接接头,焊接工作真空度保持在10-1Pa以上比较合适。