[發明專利]一種用于熱等靜壓焊接的無包套封焊方法

有效

• 申請號: 201110346196.6
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102500910A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 程耀永;毛唯;陳波;吳欣;葉雷;周媛
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/24;B23K33/00;B23K35/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域：

本發明是一種用于熱等靜壓焊接的無包套封焊方法，屬于熱等靜壓擴散焊接技術領域。

背景技術：

近年來隨著材料科學的發展，新材料不斷涌現，在生產應用中，經常遇到新材料本身或與其它材料的連接問題。如陶瓷、金屬間化合物、粉末冶金及單晶合金等，用傳統的熔焊方法，很難實現可靠的連接。而一些特殊的高性能構件的制造，往往需要把性能差別較大的異種材料，如金屬與陶瓷、鋁與鋼、鈦與鋼、金屬與玻璃、金屬間化合物與金屬等連接在一起，這用傳統的熔焊方法也難以實現。為了適應這種要求，擴散焊接技術引起了人們的重視，成為焊接領域的研究熱點。這種技術已廣泛應用于難焊材料及異種材料間的焊接，其中異種金屬，陶瓷/金屬異種材料焊接構件在航空航天領域具有廣泛的應用前景。

擴散焊接是壓力焊的一種，它是指在相互接觸的表面，在高溫和壓力的作用下，被連接表面相互靠近，局部發生塑性變形，經一定時間后，結合層原子間相互擴散而形成整體的可靠連接的過程。溫度、壓力、時間是擴散焊接的主要參數。一般的擴散焊工藝所需的壓力通過單向的機械壓力來實現，例如兩平板的擴散焊接可通過工裝施加垂直于焊接面的機械壓力來實現。機械壓力通常是通過擴散焊設備的液壓系統的油缸-活塞系統使壓頭產生一位移，作用在工裝及工件上來實現的，也可通過螺旋機構實現加壓。但單向的加壓系統具有很大的局限性，對于結構復雜的、需多項加壓的、由于結構原因難于施壓的、需加壓面積較大的、以及易于變形的結構等常規擴散焊已不能適應，為此發展了熱等靜壓擴散焊工藝。

熱等靜壓(HIP)技術是將待壓工件置于高壓容器中，利用氣體介質等均勻傳遞壓力的性質從各個方向對工件進行均勻加壓，同時加溫，在溫度和壓力的作用下實現材料加工的技術。熱等靜壓主要用于粉末冶金行業，用于高性能的粉末材料制品的成型，如粉末冶金高溫合金、粉末冶金高速鋼、硬質合金、陶瓷材料等的生產。隨著熱等靜壓技術的發展，該技術也被用于材料的致密化處理，擴散連接等領域。

一般的熱等靜壓技術需要一密封的包套將被加工材料(如金屬粉末)密封在一封閉的空間內，將被包套封閉的待加工材料置于熱等靜壓爐內，爐內的高壓氣體對包套及其密封空間形成均勻的壓力，通過包套對被加工材料施加各向均勻的擠壓力，包套變形，使材料致密化。將兩種塊體材料置于一個包套內，通過熱等靜壓即可將兩塊體材料接觸部位施加壓力，實現擴散焊接。

由熱等靜壓的原理可知，形成熱等加壓效果的前提是被壓材料必須形成一封閉的密封空間，通常采用包套技術形成所需的密封空間，但也可以利用被壓材料本身的致密性和密封性，采用無包套技術對材料進行致密化處理，或利用被壓材料本身對希望加壓的空間實現封焊，實現對封焊區域的施壓。例如兩塊大小相同的正方體鋼塊，將其中兩面對齊貼合，然后在真空環境下采用電子束焊對貼合的縫隙周邊進行封焊焊接，這樣在貼合面形成密封空間，然后在熱等靜壓爐內加溫，加壓，即可以實現兩正方體鋼塊貼合面的擴散連接。

航空、航天等行業對異種材料及特種結構的焊接技術需求非常強烈，其中熱等靜壓擴散焊技術是最有希望的技術手段之一。然而對于結構復雜的異型結構，對其施加完全吻合的包套幾乎是不可能的，因此，采用無包套的熱等靜壓擴散焊技術成為復雜結構的擴散焊的首選技術方案。無包套的熱等靜壓擴散焊技術必須進行封焊，但是，由于焊接時焊縫開裂等原因，其封焊技術存在很大難度，因此，解決可靠封焊問題成為無包套熱等靜壓擴散焊技術成功應用的前提。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提供了一種用于熱等靜壓焊接的無包套封焊方法，其目的是解決無包套封焊，為熱等靜壓擴散焊提供保障。

本發明的目的是通過以下技術措施來實現的：

該種用于熱等靜壓焊接的無包套封焊方法，其特征在于：把兩個待焊件按配合關系裝配起來，使連接面互相吻合，然后對兩待焊件連接面外露縫隙周圈進行封焊，封焊采用以下方法之一：

(1)在一個待焊件的連接面周邊加工輔助的凸沿，對兩個待焊件施加垂直焊接面的壓力，并加溫，使凸沿優先發生塑性變形，并通過擴散焊將凸沿與另一個待焊件相對應的位置焊接起來，并使兩個待焊件的主焊接面得到大面積接觸；

(2)對于兩個大面積焊接的待焊件，沿兩個待焊件的連接面周邊夾入輔助的墊片，對兩個待焊件施加垂直焊接面的壓力，并加溫，使墊片優先發生塑性變形，并通過擴散焊將墊片上、下待焊件相對應的位置焊接起來，并使兩個待焊件的主焊接面得到大面積接觸；