第四章扩散焊ppt课件.pptx

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1、第四章扩散焊机械与控制工程学院9.1扩散连接机理9.1.1固相扩散连接基本原理9.1.2液相扩散连接基本原理9.1.3超塑成形扩散连接基本原理9.2扩散连接工艺9.2.1扩散连接的工艺特点9.2.2扩散连接工艺参数选择9.3常用材料的扩散连接9.3.1钛合金及其钛铝金属间的扩散连接９.３.２　镍基高温合金的扩散连接９.３.３　异种金属材料的扩散连接９.３.４　陶瓷材料的扩散连接９.３.５　复合材料的扩散连接９.４　扩散连接设备９.４.１　扩散连接设备的分类９.４.２　扩散连接设备的组成９.４.３　典型扩散连接设备及工作原理工艺特点1)接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观

2、裂纹等熔焊时的缺陷。2)同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接头，几乎不存在残余应力。4.1扩散焊原理及应用4.1.1扩散焊的概念及特点工艺特点3)对于塑性差或熔点高的同种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属间化合物的异种材料(包括金属与陶瓷)，扩散连接是可靠的连接方法之一。4)精度高，变形小，精密接合。5)可以进行大面积板及圆柱的连接。6)采用中间层可减少残余应力。4.1扩散焊原理及应用工艺特点1)无法进行连续式批量生产。2)时间长，成本高。3)对接合表面要求严格。4)设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设备的限制。4.1扩散焊原理及应用9.1扩散连接机理图９-１　

3、扩散连接分类简图4.1扩散焊原理及应用4.1.2扩散焊的分类图９-９　典型结构的超塑性扩散连接a)单层加强构件　b)双层加强结构　c)多层夹层结构(三层)1—上模密封压板　2—超塑性成形板坯　3—加强板　4—下成形模具5—超塑性成形件　6—外层超塑性成形板坯　7—不连接涂层区(钇基或氮化硼)8—内层板坯　9—超塑性成形的两层结构件　10—中间层板坯11—超塑性成形的三层结构件4.1扩散焊原理及应用4.1.3扩散焊的应用固相扩散连接基本原理1.接头形成过程2.材料连接时的物理接触过程3.扩散连接时的化学反应4.2扩散焊过程4.2.1固态扩散焊接过程图9-2　扩散连接的三阶段模型a

4、)凹凸不平的初始接触　b)变形和形成部分界面阶段c)元素相互扩散和反应阶段　d)体积扩散及微孔消除阶段4.2扩散焊过程2.材料连接时的物理接触过程(1)物理接触及氧化膜去除被连接面在真空中加热时，油脂逐渐分解和挥发，吸附的蒸气和各种气体分子被解吸下来。(2)氧化膜去除机制在一般真空度条件下，氧化膜去除有以下三种机制：1、钛镍型；2、钢铁型；3、铝合金型4.2扩散焊过程2.材料连接时的物理接触过程(3)物理接触的形成　扩散连接时表面的物理接触(使表面接近到原子间力的作用范围之内)是形成连接接头的必要条件。4.2扩散焊过程图9-3　加压时间与表层变形量、变形速度之间的关系4.2扩散

5、焊过程图9-4　钛接头中物理接触面积与温度及时间的关系4.2扩散焊过程3.扩散连接时的化学反应(1)原子的相互作用接触面形成时，所产生的结合力不足以产生表面原子间的牢固连接，为了获得原子之间的牢固结合(形成金属键、共价键、离子键)，就必须激活表面上的原子。(2)扩散时的化学反应在异种材料特别是金属与非金属材料连接时，界面将发生化学反应。4.2扩散焊过程图9-5SiO2中硅与铝的置换反应a)反应产物溶解b)形成新相4.2扩散焊过程液相扩散连接基本原理(1)液相的生成　将中间扩散夹层材料夹在被连接表面之间，施加一定的压力(0.1MPa左右)，或依靠工件自重使相互接触。(2)等温凝固

6、过程　液相形成并充满整个焊缝缝隙后，应立即开始保温，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至母材内(图９-６b)，母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固，凝固界面从两侧向中间推进(图９-６c)。(3)成分均匀化　等温凝固形成的接头，成分很不均匀。4.2扩散焊过程4.2.2瞬间液相扩散焊接过程图9-6　瞬时液相扩散连接过程示意图a)形成液相　b)低熔点元素向母材扩散　c)等温凝固　d)等温凝固结束　e)成分均匀化4.2扩散焊过程图９-７　等温凝固过程中固液界面移动模型4.2扩散焊过程图9-8　成分均匀化过程及元素的浓度分布变化4.2扩散焊

7、过程接头形式设计(1)接头的基本形式扩散连接的接头形式比熔化焊类型多，可进行复杂形状的接合，如平板、圆管、管、中空、T形及蜂窝结构均可进行扩散连接。(2)扩散连接制造复合材料在纤维强化复合材料的制造过程中，常用的加工方法之一是扩散连接。4.3扩散焊工艺参数4.3.1焊前准备图9-１０　扩散连接的基本接头形式4.3扩散焊工艺参数焊件表面的制备与清理(1)表面机械加工平整光滑，机加工等加工出表面所需要的表面平面度和粗糙度，若采用加入软中间层的扩散焊或过渡液相的扩散焊，则粗糙度值可适当放宽。(2)