瞬间液相扩散焊的原理及应用

摘   要：瞬时液相扩散焊是一种高效快速的焊接方法，已在管道、汽车和钢筋等领域获得应用。瞬时液相扩散焊采用非晶态薄膜为填充材料，它的熔化和措施借助于感应器加热来完成。本文主要论述了该工艺方法的原理，焊接设备和焊接参数，也介绍了它的应用。
关键词：瞬时；液相；扩散焊；非晶
1    概述
    扩散焊是将两个待焊工件紧压在一起，并置于真空或保护气氛炉内加热，使两焊接表面微小的不平处产生微观塑性变形，而达到紧密接触，在随后的加热保温中，原子间相互扩散而成冶金连接的焊接方法，通常这类扩散焊称之谓固相扩散。它的特点是待焊表面质量要求高，焊接时间较长，接头质量不稳定。随着扩散焊工艺的发展，出现了瞬间液相扩散焊，它可降低待焊表面制备的质量要求，减少焊接时间，提高接头质量的稳定性。它常在待焊的表面间加一层有利于扩散的中间材料，该材料在加热保温中熔化，并形成少量的液相，这些液相金属可填充缝隙，也使液相中的某些元素向母材扩散，最后形成冶金连接。
２  瞬间液相扩散焊的特点
    1)该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为40 μm左右。
  2)焊接时间短，对于管径小于80 mm的低碳钢管对焊，焊接时间为２．５ mm。
  3)装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接，也适合于室内焊接。
   4)接头质量可靠。
３  瞬间液相扩散焊的原理^{［１］［２］}
３．１  瞬间液相扩散焊的示意图

   由图1可知这里有二段待焊钢管，中间夹着中间层材料，如BNi2，厚度约0.04 mm，钢管轴向加压力F，感应圈通入感应电流加热，并加隋性气体保护其焊缝。焊接温度由红外测温仪检测，并控制焊接过程。
３．２  瞬间液相扩散焊的过程
   该过程可分为三个阶段：
    1)第一阶段，液相形成。在焊接之间将中间层材料夹在焊件间，并加上一定的焊接压力，使焊件与中间层材料紧密接触。在保护气体保护下进行加热，直至中间层材料液化和填满间隙。
  2)第二阶段，等温凝固。当液相形成并填满焊缝间隙后，进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。由于液相中使熔点降低的元素大量扩散到母材内，而母材中的一些元素向液相中溶解，因此使液相的熔点逐步升高而凝固，最后形成接头，由于液相的凝固过程是在保温中完成的，故被称为等温凝固。
        3)第三阶段，接头均匀化。由等温凝固形成的接头成份很不均匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续保温扩散来完成。
    上述三个阶段也可以用瞬间液相扩散焊过程示意来表示。如图2所示。
４  瞬间液相扩散焊的焊接参数及其影响^［３］

    瞬间液相扩散焊的主要参数有：焊接温度，保温时间，焊接压力，焊接表面粗糙度。它们对接头抗拉强度的影响如图3所示。
   1)瞬间液相扩散焊接加热温对接头抗拉强度的影响如图3(a)所示。即当焊接温度Ｔ＜１ ０５０℃时，在固液相界面上有B、Si元素积聚，接头强度较低；在Ｔ＝１ ０５０℃时，Si元素被母材吸收，接头强度上升；Ｔ＝１ ２００℃时，B在固液相界面上完全消失，接头抗拉强度达到稳定值。
  2)瞬间液相扩散焊保温时间对接头抗拉强度的影响如图3(b)所示。当保温时间t为0.5 mm时，接头抗拉强度较低；当保温时间t≥1 mm时，接头强度达到稳定值，其原因是B、Si等元素扩散较充分所致。
  3)瞬间液相扩散焊中焊接压力对接头抗拉强度的影响如图3(c)所示。选定加热温度T为1 110℃，加热时间t为1 mm，焊接表面粗糙度为20 μｍ时，当焊接压力Ｆ＞３　ＭPａ时，可获得稳定的抗拉强度值。
  4)瞬间液相扩散焊中，焊接表面粗糙对抗拉强度的影响如图3(d)所示。选定加热温度为Ｔ＝１１１０℃，ｔ＝６０　s，焊接压力为3 Mpa，当表面粗糙度小于40 μｍ时，接头抗拉强度值稳定。

５  瞬间液相扩散焊的应用
   1)低碳钢管，低合金高强钢管或捧料的对接焊。
 2)不锈钢管或捧料对接焊。
 3)异种金属材料钢件的对接焊。
 4)铸铁件的对接焊。
６  结束语
  瞬间液相扩散焊是在20世纪90年代发展起来的焊接方法，首先在日本等国家被开发和应用，实践表明：该工艺方法具有高效、快速等特点，特别适用于固定位置的对接焊，因而它具有广泛的应用前景。
参考文献
［１］  小溝裕.アモルフアス接合システム［Ｊ］．溶接学会志66(1997)7，496-499.
［２］  冷水孝夫.液相擴散接合法——機械部品へのＮＣＤ６２用［Ｊ］．溶接学会志，66(1997)7，501-505.
［３］  冷水孝夫.新接合法—CHIP接合法——について［Ｊ］．電氣制钢，61(1990)4.272-277.
作者简介
张贵锋(1964-)，男，西安交通大学副教授。
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