擴散焊

將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相互擴散形成聯接的焊接方法。影響擴散焊過程和接頭質量的主要因素是溫度、壓力、擴散時間和表面粗糙度。焊接溫度越高，原子擴散越快。焊接溫度一般為材料熔點的0.5～0.8倍。根據材料類型和對接頭質量的要求，擴散焊可在真空、保護氣體或溶劑下進行，其中以真空擴散焊應用最廣。為了加速焊接過程、降低對焊接表面粗糙度的要求或防止接頭中出現有害的組織，常在焊接表面間添加特定成分的中間夾層材料，其厚度在0.01毫米左右。擴散焊接壓力較小，工件不產生宏觀塑性變形，適合焊后不再加工的精密零件。擴散焊可與其他熱加工工藝聯合形成組合工藝，如熱耗-擴散焊、粉末燒結-擴散焊和超塑性成形-擴散焊等。這些組合工藝不但能大大提高生產率，而且能解決單個工藝所不能解決的問題。如超音速飛機上各種鈦合金構件就是應用超塑性成形-擴散焊製成的。擴散焊的接頭性能可與母材相同，特別適合於焊接異種金屬材料、石墨和陶瓷等非金屬材料、彌散強化的高溫合金、金屬基複合材料和多孔性燒結材料等。擴散焊已廣泛用於反應堆燃料元件、蜂窩結構板、靜電加速管、各種葉片、葉輪、沖模、過濾管和電子元件等的製造。

擴散焊是在一定溫度和壓力下將種待焊物質的焊接表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過焊接面產生微量液相而擴大待焊表面的物理接觸，使之距離離達(1~ 5)x10-8cm以內(這樣原子間的引力起作用，才可能形成金屬鍵)，再經較長時間的原子相互間的不斷擴散，相互滲透，來實現冶金結合的一種焊接方法。

與其他焊接方法相比，擴散焊具有以下優點：

1)擴散焊時因基體不過熱、不熔化，可以在不降低被焊材料性能的情況下焊接幾乎所有的金屬或非金屬，特別適合於熔焊和其他方法難以焊接的材料，如活性金屬、耐熱合金、陶瓷和複合材料等。對於塑性差或熔點高的同種材料，以及不互溶或在熔焊時會產生脆性金屬間化合物的異種材料，擴散焊是較適宜的焊接方法。

2)擴散焊接頭質量好，其顯微組織和性能與母材接近或相同，在焊縫中不存在熔焊缺陷，也不存在過熱組織和熱影響區。焊接參數易於精確控制，批量生產時接頭質量和性能穩定。

3)焊件精度高、變形小。因焊接時所加壓力較小，工件多是整體加熱，隨爐冷卻，故焊件整體塑性變形很小，焊后的工件一般不再進行機械加工。

4)可以焊接大截面工件j I為焊接所需壓力不大，故大截面焊接所需設備的噸位不高，易於實現。

5)可以焊接結構複雜、接頭不易接近以及厚薄相差較大的工件，能對組裝件中的許多接頭同時實施焊接。

擴散焊的缺點如下：

1)焊件表面的製備和裝配質量要求較高，特別是對接合表面要求嚴格。

2)焊接熱循環時間長，生產率低。每次焊接快則幾分鐘，慢則幾十個小時。對某些金屬會引起晶粒長大。

3)設備一次性投資較大，且焊接工件的尺寸受到設備的限制，無法進行連續式批量生產。

擴散焊是將兩個待焊工件緊壓在一起，並置於真空或保護氣氛爐內加熱，使兩焊接表面微小的不平處產生微觀塑性變形，達到緊密接觸，在隨後的加熱保溫中，原子間相互擴散而成冶金連接的焊接方法，通常這類擴散焊稱之為固相擴散。它的特點是待焊表面質量要求高，焊接時間較長，接頭質量不穩定。

隨著擴散焊工藝的發展，出現了瞬間液相擴散焊，它可降低待焊表面製備的質量要求，減少焊接時間，提高接頭質量的穩定性。它常在待焊的表面間加一層有利於擴散的中間材料，該材料在加熱保溫中熔化，並形成少量的液相，這些液相金屬可填充縫隙，也使液相中的某些元素向母材擴散，最後形成冶金連接。

(1)無中間層的擴散焊。金屬的擴散焊是靠被焊金屬接觸面的原子擴散來完成的，主要用於同種材料的焊接，對不產生脆性中間金屬的異種材料也可用此法焊接。

(2)有中間層的擴散焊。金屬的擴散焊是靠中間層金屬的擴散來完成的，可用於同種或異種金屬的焊接。異種金屬加中間層一般是為了防止接合處形成脆性中間金屬或減少兩金屬線膨脹係數的差異；同種金屬焊接加中間層，一般是為了在接合處形成所需性能的固溶體。

中間層可以是粉狀或片狀的。用真空噴塗或電鍍的方法加在焊接面上。

擴散焊特別適用於要求真空密封，要求接頭與母材等強度，要求無變形的小零件。它是製造真空密封、耐熱、耐振和不變形接頭的唯一方法，因此在工業生產中得到廣泛的應用。在電真空設備中金屬與非金屬的焊接，切削刀具中硬質合金、陶瓷、高速鋼與碳鋼的焊接，都有採用擴散焊接的方法。

(1)加熱溫度低，對母材的性能影響小，能用於連接不適於熔焊的材料，如鉬、鎢等，還可進行金屬與非金屬間的焊接。

(2)焊接接頭的成分、性能與母材相近似，利用顯微鏡也難看出接合面。

(3)工藝流程簡單，焊接參數易控制，質量穩定，提高了結構性部件工作表面的耐磨性。

(4)焊接接頭質量好。擴散焊接頭的顯微組織和性能與母材接近或相同，在焊縫中不存在各種熔焊缺陷，也不存在具有過熱組織的熱影響區。

(5)零件變形小。因擴散焊時，所施加壓力較低，焊件多數是整體加熱，隨爐冷卻，故零部件整體塑性變形很小，而且焊件焊后一般不進行機械加工。

(6)可焊接大斷面接頭。由於焊接壓力較低，在大斷面接頭焊接時所需設備的噸位不高，易於實現。採用氣體壓力加壓擴散焊時，很容易對兩板材實施疊合擴散焊。

(7)由於焊接溫度低，熱變形小，因此可焊接結構複雜，簿厚相差較大，精度要求高的零件。

(8)可焊接其他焊接方法難以焊接的材料，如塑性差或熔點高的同種材料，相互不溶解或在熔焊時產生脆性金屬間化合物的異種材料，包括某些金屬與陶瓷等。

擴散焊是在金屬不熔化的情況下，形成焊接接頭，這就必須使兩代焊表面接觸距離達到1μm以內，這樣原子間的引力才起作用並形成金屬鍵，獲得一定強度的接頭。

影響焊縫成形和工藝性能的參數主要有：焊接溫度、壓力、時間和保護氣體的種類。在其他參數固定時，採用較高壓力能產生較好的接頭。壓力上限取決於焊件總體變形量的限度、設備噸位等。對於異種金屬擴散焊，採用較大的壓力對減少或防止擴散孔洞有作用。除熱靜壓擴散焊外通常擴散焊壓力在0.5～50MPa之間選擇。

擴散時間是指焊件在焊接溫度下保持的時間。在該焊接時間內必須保證擴散過程全部完成，以達到所需的強度。擴散時間過短，則接頭強度達不到穩定的、與母材相等的強度。但過高的高溫高壓持續時間，對接頭質量不起任何進一步提高的作用，採用某種焊接參數時，焊接時間有數分鐘即足夠。

焊接保護氣體純度、流量、壓力或真空度、漏氣率均會影響擴散焊接頭質量。常用保護氣體是氬氣，對有些材料也可用高純氮氣、氫氣或氦氣。

(1)作業前檢查機體外殼應無漏電。

(2)起動前，應先接通控制線路的轉向開關和焊接電流的小開關，並調整焊接參數使之符合工藝要求，最後接通電源。

(3)焊機通電后，應檢查電氣設備、操作機構及機體外殼有無漏電現象。

(4)焊接操作及配合人員必須按規定穿戴勞動防護用品，並必須採取防止觸電、高空墜落、火災等事故的安全措施。

(5)戶外使用的焊機，應設有防雨、防潮、防晒的機棚，並應裝設相應的消防器材。

(6)上、下焊件要拿穩，雙手應與電極保持一定距離，手指不能置於兩待焊焊件之間，以免灼傷。

(7)工作結束后，關閉加熱系統、氣體保護系統、真空系統、加壓系統，再關閉總電源。