利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法.pdf



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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010802852.8 (22)申请日 2020.08.11 (71)申请人 常德翔宇设备制造有限公司 地址 415000 湖南省常德市经济技术开发 区中联路6号 (72)发明人 高友价胡俊全书浩王昌国 (74)专利代理机构 山东宏康知识产权代理有限 公司 37322 代理人 宫秀秀 (51)Int.Cl. B23K 20/00(2006.01) B23K 20/14(2006.01) (54)发明名称 一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方 法 (57)摘要 本发明适用于焊。
2、接技术领域, 提供了一种利 用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 用于焊接 回转类零件, 将待焊接的焊件相互套接后放入一 包套中, 待焊接的焊件之间以及零件与包套之间 保留一定的间隙, 包套的线膨胀系数小于焊件的 线膨胀系数, 以此设置, 在真空高温环境中实施 扩散焊接的过程中, 焊件会受热膨胀, 而包套的 膨胀程度会小于焊件的膨胀程度, 在升温过程中 包套与外层的焊件之间的间隙会逐渐减小直至 包套箍住焊件, 使得包套对待焊接的焊件产生挤 压力, 并最终使待焊接的焊件之间实现扩散焊 接。 本发明对扩散焊接辅助设备的要求较低, 无 需使用压头施加压力, 在真空热处理设备中就可 以完成焊接, 能够有。
3、效节约焊接所需的工装及加 工成本。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 112122762 A 2020.12.25 CN 112122762 A 1.一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 用于焊接回转类零件, 其特征在于, 包 括: 将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体, 所述第二焊件套设所 述第一焊件, 所述包套套设所述第二焊件, 所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件的线 膨胀系数, 所述包套的屈服强度大于所述第二焊件的屈服强度, 所述第一焊件与所述第二 焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别留有0.05mm0.15mm的间隙; 将所述第一装配体放置在一垫。
4、环工装上构成第二装配体, 将所述第二装配体放置在一 真空可加热环境中, 在真空环境中梯度升温加热所述第二装配体至所述第一焊件和所述第 二焊件的焊接温度并保温完成扩散焊接。 2.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 其特征在于, 所述包 套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍。 3.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 其特征在于, 所述包 套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度。 4.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 其特征在于, 在将待 焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前, 还包括将所述第一。
5、焊件、 所述第二焊件和所述包套去油、 清洗和吹干的步骤。 5.根据权利要求4所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 其特征在于, 在将待 焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前, 还包括对待焊接所述第一 焊件、 所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤, 使所述第一焊件、 所述第二焊件和所述包 套的粗糙度1.6 m, 圆柱度0.03mm。 6.根据权利要求1所述的利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 其特征在于, 所述真 空可加热环境的真空度9E-3Pa。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112122762 A 2 一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法 技术领域 0001 。
6、本发明属于焊接技术领域, 尤其涉及一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方 法。 背景技术 0002 真空扩散焊技术是将待焊零件置于真空炉或真空环境中给予一定的温度及压力, 使待焊表面相互接触, 在压力作用下通过微观塑性变形而扩大待连接表面的物理接触, 使 结合材料在发生微小塑性变形和蠕变的同时经一定时间的原子间相互扩散形成可靠整体 连接的一种先进焊接方法。 压力是实现扩散焊接的必要条件, 通过加压装置如油缸压头使 待焊零件的焊接面进入挤压接触状态, 通常情况下还需要辅助工装以实现压力传递过程。 0003 对于平面类零件, 如图1所示, 将需要焊接的第一焊件1和第二焊件2叠加放置在真 空室4中, 。
7、在焊件1和焊件2的上方通过压头施加压力F, 通过加热带5为真空室加热, 保持一 定温度和压力一段时间后, 第一焊件1和第二焊件2的接触面进入挤压接触状态并最终构成 扩散焊接面3使第一焊件1和第二焊件2焊接。 对于回转类零件, 如图2所示, 将需要焊接的第 一焊件1和第二焊件2也放置在真空室中, 第二焊件2套装在第一焊件1外, 第一焊件1内设置 胀芯工装6和胀瓣工装7, 胀芯工装6为大端朝上的圆台形结构, 以图2所示结构设置, 在胀芯 工装6的顶端通过压头施加力F且保持一定温度和压力一段时间后, 第一焊件1和第二焊件2 的接触面进入挤压接触状态并最终构成扩散焊接面3使第一焊件1和第二焊件2焊接。。
8、 0004 上述的现有真空扩散焊接技术均需要加压装置和辅助工装等设备才能完成, 对辅 助设备的要求较高。 发明内容 0005 本发明提供一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 旨在解决现有的真空扩 散焊接技术对辅助设备要求较高的问题。 0006 本发明是这样实现的, 一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 用于焊接回 转类零件, 包括: 0007 将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体, 所述第二焊件套 设所述第一焊件, 所述包套套设所述第二焊件, 所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件 的线膨胀系数, 所述第一焊件与所述第二焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别 留有0。
9、.05mm0.15mm的间隙; 0008 将所述第一装配体放置在一垫环工装上构成第二装配体, 将所述第二装配体放置 在一真空可加热环境中, 在真空环境中梯度升温加热所述第二装配体至所述第一焊件和所 述第二焊件的焊接温度并保温完成扩散焊接。 0009 更进一步地, 所述包套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍。 0010 更进一步地, 所述包套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度。 0011 更进一步地, 在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之 说明书 1/4 页 3 CN 112122762 A 3 前, 还包括将所述第一焊件、 所述第二焊件和所述包套去油。
10、、 清洗和吹干的步骤。 0012 更进一步地, 在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之 前, 还包括对待焊接所述第一焊件、 所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤, 使所述第一 焊件、 所述第二焊件和所述包套的粗糙度1.6 m, 圆柱度0.03mm。 0013 更进一步地, 所述真空可加热环境的真空度9E-3Pa。 0014 本发明提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法用于焊接回转类零件, 将待焊接的焊件相互套接后放入一包套中, 待焊接的焊件之间以及零件与包套之间保留一 定的间隙, 包套的线膨胀系数小于焊件的线膨胀系数, 以此设置, 在真空高温环境中实施扩 散焊接的过程。
11、中, 焊件会受热膨胀, 但是由于其线膨胀系数小于包套的线膨胀系数, 因此包 套的膨胀程度会小于焊件的膨胀程度, 在升温过程中包套与外层的焊件之间的间隙会逐渐 减小直至包套箍住焊件, 使得包套对待焊接的焊件产生挤压力, 并最终使待焊接的焊件之 间实现扩散焊接。 本发明对扩散焊接辅助设备的要求较低, 无需使用压头施加压力, 在真空 热处理设备中就可以完成焊接, 能够有效节约焊接所需的工装及加工成本。 附图说明 0015 图1是现有技术中对平面类零件的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图; 0016 图2是现有技术中对回转类零件的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图; 0017 图3是本发明实施例提供的利用。
12、材料线膨胀系数差的扩散焊接方法的焊件装配示 意图。 0018 图中标号分别表示: 1-第一焊件, 2-第二焊件, 3-扩散焊接面, 4-真空室, 5-加热 带, 6-胀芯工装, 7-胀瓣工装, 8-包套, 9-垫还工装, 10-通孔。 具体实施方式 0019 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白, 以下结合附图及实施例, 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解, 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明, 并 不用于限定本发明。 0020 本发明实施例提供一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法, 用于焊接回转类 零件, 参见图3, 该扩散焊接方法包括: 0021 将待焊接的第一焊。
13、件1和第二焊件2放入一包套8中构成第一装配体, 第二焊件2套 设第一焊件1, 包套8套设第二焊件2, 包套8的线膨胀系数小于第二焊件2的线膨胀系数, 第 一焊件1与第二焊件2之间以及第二焊件2与包套8之间分别留有0.05mm0.15mm的间隙。 0022 第一焊件1和第二焊件2的接触面为扩散焊接面3。 第一焊件1和第二焊件2之间的 间隙以及第二焊件与包套8之间的间隙根据第一焊件1、 第二焊件2和包套3材料的线膨胀系 数进行调整, 优选范围为0.05mm0.15mm, 同时, 进一步优选地, 包套8的线膨胀系数为第二 焊件2的线膨胀系数的0.8倍, 以保证在升温过程中包套3能够充分箍住第二焊件2。
14、, 进而产 生足够挤压第一焊件1和第二焊件2实现扩散焊接的压力。 此外, 为了保证第一装配体的结 构强度, 包套8的屈服强度大于第二焊件2的屈服强度, 优选为大于第二焊件2二倍的屈服强 度。 可以选用的第一焊件1/第二焊件2和包套8的组合可以是06Cr19Ni10/06Cr19Ni10和SiC 复合材料(304不锈钢/304不锈钢和碳化硅复合材料)、 6061铝合金/6061铝合金和 说明书 2/4 页 4 CN 112122762 A 4 06Cr19Ni10、 6061铝合金/6061铝合金和Q235(A3钢)、 6061铝合金/6061铝合金和TC4钛合金 等。 0023 将第一装配体放。
15、置在一垫环工装9上构成第二装配体, 将第二装配体放置在一真 空可加热环境中, 在真空环境中梯度升温加热第二装配体至第一焊件1和第二焊件2的焊接 温度并保温完成扩散焊接。 0024 垫环工装9中心可以开设通孔10, 通孔10的直径小于第一焊件1的直径。 第二装配 体放置在一真空可加热环境中加热升温, 真空可加热环境可以是真空炉或者其他真空热处 理设备, 真空可加热环境的真空度9E-3Pa, 梯度升温的温度和时间根据第一焊件1和第二 焊件2材料的焊接温度进行相应设置。 0025 为了确保第一焊件1和第二焊件2的扩散焊接效率, 在将待焊接的第一焊件1和第 二焊件2放入包套8中构成第一装配体之前, 还。
16、包括将第一焊件1、 0026 第二焊件2和包套8去油、 清洗和吹干的步骤, 以及, 对第一焊件1和第二焊件2进行 表面处理控制其粗糙度1.6 m, 圆柱度0.03mm。 0027 下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。 0028 实施例1 0029 本发明实施例提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法包括: 0030 将材料为06Cr19Ni10的第一焊件和第二焊件以及材料为SiC复合材料的包套进行 表面处理, 使其粗糙度1.6 m, 圆柱度0.03mm, 再对其进行去油、 清洗至材料金属本色并 吹干, SiC复合材料是碳化硅与硅的复合材料。 0031 将待焊接的第一焊件和第二焊件放入。
17、包套中构成第一装配体, 第二焊件套设第一 焊件, 包套套设第二焊件, 第一焊件与第二焊件之间的间隙为0.08mm, 包套与第二焊件之间 的间隙为0.15mm。 0032 将第一装配体放置在垫环工装上构成第二装配体, 将第二装配体放置在真空炉 中, 对真空炉抽真空至低于9E-3Pa, 按照如下表所示的温度和真空度进行梯度升温和保温, 升温至1000后保温120min, 然后降温至150开炉取出焊件, 完成第一焊件和第二焊件之 间的扩散焊接。 0033 说明书 3/4 页 5 CN 112122762 A 5 0034 对该实施例1得到的焊件进行金相分析结果表明, 第一焊件和第二焊件之间扩散 焊接。
18、面即焊缝未见裂纹、 层状撕裂、 孔穴、 夹渣等缺陷, 未见未熔合和未焊透。 0035 实施例2 0036 本发明实施例提供的一种利用材料线膨胀系数差的扩散焊接方法包括: 0037 将材料为6061铝合金的第一焊件和第二焊件以及材料为TC4钛合金的包套进行表 面处理, 使其粗糙度1.6 m, 圆柱度0.03mm, 再对其进行去油、 清洗至材料金属本色并吹 干。 0038 将待焊接的第一焊件和第二焊件放入包套中构成第一装配体, 第二焊件套设第一 焊件, 包套套设第二焊件, 第一焊件与第二焊件之间的间隙为0.05mm, 包套与第二焊件之间 的间隙为0.08mm。 0039 将第一装配体放置在垫环工装。
19、上构成第二装配体, 将第二装配体放置在真空炉 中, 对真空炉抽真空至低于9E-3Pa, 按照如下表所示的温度和真空度进行梯度升温和保温, 升温至540后保温120min, 然后降温至150时开炉取出焊件, 完成第一焊件和第二焊件 之间的扩散焊接。 0040 0041 该实施例2得到的焊件的第一焊件和第二焊件之间扩散焊接面即焊缝未见裂纹、 层状撕裂、 孔穴、 夹渣等缺陷, 未见未熔合和未焊透。 0042 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已, 并不用以限制本发明, 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等, 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 112122762 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 112122762 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 112122762 A 8 。
- 内容关键字: 利用 材料 线膨胀 系数 扩散 焊接 方法
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