[發明專利]一種去膜輔助裝置及利用該去膜輔助裝置進行擴散連接的方法

有效

• 申請號: 201410083014.4
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103831526A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 曹健;李瑞;陳海燕;張麗霞;亓均雷;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及用于擴散連接的裝置及方法。

背景技術

擴散連接是在一定的溫度和壓力下將待連接材料貼合在一起，工件連接表面只產生微觀塑性變形，界面處的原子相互擴散形成穩定接頭的連接方法；擴散連接方法的精度高、變形小，可以實現大面積板材及圓柱的連接，因而在工業生產中有獨特的優勢。然而，擴散連接對待焊接表面要求嚴格，待焊接表面應達到一定的光潔度，還要克服表面鈍化膜對擴散連接的影響。一些材料在連接前經過機械加工和腐蝕清洗，表面又會很快形成鈍化膜，即使經過加熱使部分鈍化膜分解，在很多情況下還難以消除鈍化膜的影響。例如鎳在高溫下與氧接觸，可形成NiO，在100℃～1100℃之間的分解壓為1.3×10^-5Pa～1.3×10^-4Pa，一般擴散連接使用的真空度為1.3×10^-3Pa，NiO不能分解，如果材料表面生成Al₂O₃和Cr₂O₃，就更難發生分解。因此，在擴散連接中，材料表面的鈍化膜會對接頭的性能產生不利的影響。

表面的鈍化膜對連接過程中原子的擴散具有消極作用，為了減弱這種影響，通常提高擴散連接連接溫度或延長連接時間。然而，依靠提高溫度加快原子擴散速率有很大的弊端，首先溫度的提高會影響母材原有性能，如晶粒粗大，強度降低等，其次提高溫度會增加界面處金屬間化合物的產生，造成接頭脆性斷裂，最后，在當前能源和環境問題十分嚴峻的情況下，節能減排成為最重要的一個課題。因此，去除表面的鈍化膜并防止鈍化膜的二次產生對擴散連接尤為重要。

目前有人采用焊前去膜的方法對有鈍化膜材料的擴散連接進行工藝研究，專利授權號為ZL200910306878.7，發明名稱為《一種采用旋轉摩擦輔助去除鋁管氧化膜的銅鋁組合管路件熱壓焊接的方法》以及公開號為CN102500911A，發明名稱為《一種預摩擦輔助裝置及利用該裝置實現擴散連接的方法》這兩個專利所述的方法，均是采用旋轉摩擦實現鈍化膜的去除。然而采用旋轉摩擦雖然能去除材料表面的鈍化膜，但去除后的鈍化膜仍然殘留在待焊表面上，焊接過程中難以使其溶解于母材中或分解，使其殘留在焊縫處，形成缺欠，降低焊接結構性能。

發明內容

本發明要解決現有擴散連接時，材料表面的鈍化膜降低擴散連接強度，而提高擴散連接的溫度或延長連接時間，導致母材晶粒粗大、強度降低以及界面處金屬間化合物產生的問題，而提供一種去膜輔助裝置及利用該去膜輔助裝置進行擴散連接的方法。

一種去膜輔助裝置包括夾緊環、縱向齒條、上齒輪、斜向齒條、下齒輪、橫向齒條、刀具、刀具齒輪和刀具齒條，所述縱向齒條下端與夾緊環固定連接，上齒輪固定在框架上，上齒輪與縱向齒條和斜向齒條嚙合，所述斜向齒條滑動固定在框架上，斜向齒條與下齒輪嚙合，所述下齒輪通過旋轉軸設置在框架上，下齒輪與橫向齒條嚙合，橫向齒條滑動固定在框架上，盤狀的刀具與刀具齒輪同軸固定，刀具和刀具齒輪安裝在橫向齒條尾部的軸上，刀具齒條固定在框架上，刀具齒條與刀具齒輪嚙合。

利用上述一種去膜輔助裝置進行擴散連接的方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將上述的一種去膜輔助裝置安裝在真空焊接爐內的上壓力柱與下壓力柱之間，夾緊環套在上壓力柱下端，將兩個待連接材料分別裝夾在上壓力柱和下壓力柱的端面上；

二、將真空焊接爐抽真空，控制真空度為8.0×10^-3Pa～3.0×10^-5Pa；

三、啟動真空焊接爐的壓力機，縱向齒條隨壓力機的上壓力柱移動，驅動上齒輪轉動，并帶動斜向齒條移動，斜向齒條帶動下齒輪轉動，與下齒輪相嚙合的橫向齒條帶動刀具平動，刀具齒輪與固定的刀具齒條發生相對移動，刀具齒輪轉動并帶動刀具轉動，調節上壓力柱的下降速度，控制刀具的轉速為0.1r/min～50r/min，刀具水平運動一次，即完成待連接材料的表面氧化膜的去除；

四、上壓力柱下降并向待連接材料施加軸向頂鍛力，控制上壓力柱施壓的壓力為3MPa～350MPa，真空焊接爐內的溫度為300℃～1200℃，保持2min～10h，待連接材料的連接界面原子間相互擴散，完成利用一種去膜輔助裝置進行擴散連接的方法。

本發明去膜裝置是將上壓力柱的軸向往復轉化為刀具的平動和轉動的裝置。