[發明專利]一種異種金屬的擴散焊接方法

有效

• 申請號: 201710017274.5
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106808078B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 張麗娜;趙衍華;劉敏;唐林峰;黑增民;朱瑞燦;崔景芝;孫海亮;袁德海;朱平萍;郭俐;李曉琳;凌翎
• 申請（專利權）人: 首都航天機械公司;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/14;B23K20/26;B23K103/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明涉及一種異種金屬的擴散焊接方法，采用專門設計的外側限位工裝和內撐工裝對裝配好的異種金屬待焊接件進行焊接過程中的熱膨脹約束，使得徑向焊接面獲得足夠且均勻的焊接壓力，為異種金屬擴散焊接提供可靠的焊接保障，本發明提出了膨脹約束加壓的理念進行異種金屬界面徑向加壓，借助內外側限位工裝約束待焊件的徑向膨脹，擴散焊接設備或工裝施加的軸向壓力約束待焊件的軸向膨脹，使膨脹壓力有效的施加到異種金屬焊接界面上，獲得接頭性能和密封性優良的異種金屬焊接件，且整個焊接界面的焊合情況良好，焊接界面存在明顯的濃度梯度，符合擴散特征。

技術領域

本發明涉及一種異種金屬的擴散焊接方法，屬于焊接技術領域。

背景技術

擴散焊(Diffusion Welding)是一種先進的固相連接技術，可以進行內部多點、大面積構件的連接，以及電弧可達性不好，或用熔焊方法不易或根本不能實現的連接。由于焊件不熔化，擴散焊接技術在異種金屬的連接方面具有較強的優勢，可獲得綜合性能優于常規熔焊的焊接接頭。焊接溫度、壓力和保溫時間是擴散焊接工藝的主要參數，壓力一般為軸向加壓。

為了提高運載火箭可靠性及滿足閥門減重要求，運載火箭加注閥采用了鋁合金殼體與不銹鋼閥座的連接結構形式，最初采用的螺接和熱壓配合的方式進行兩者連接，如圖1所示為鋁合金殼體1與不銹鋼閥座2之間螺接和熱壓結構形式，由于未形成真正連接，在長期服役過程中鋁合金殼體與不銹鋼閥座間容易形成泄露通道造成產品失效的問題。

鋁合金與不銹鋼是異種金屬構件中最難連接的材料組合之一，尤其是大面積連接，且壓力為柱面徑向加壓圖1b所示，難度就更為突出。能實現鋁合金與不銹鋼大面積連接的技術有釬焊、爆炸焊、擴散焊等，鋁鋼釬焊接頭不耐空氣腐蝕，接頭可靠性能相對較低；爆炸焊的工藝過程相對復雜；《溝槽式柱面連接件真空擴散焊接工藝》201310301515.0專利中提出了采用柱面加壓的方式實現溝槽式銅噴嘴的真空擴散焊接，該專利僅局限與小尺寸、同種銅材料的連接，銅的焊接比異種材料連接容易，且銅的塑韌性好，通過專利中提出的小角度裝配較容易實現待焊面的緊密貼合，而異種材料的連接要復雜的多，兩種材料巨大的物理化學性能差異，使其采用焊接方法連接比較困難；201310301515.0專利中加壓僅進行了銅外套的膨脹約束即可實現兩者的連接，而對于異種材料，例如鋁合金與不銹鋼鋼異種材料，僅靠外側膨脹約束是根本無法實現兩者的連接。

發明內容

本發明的目的在于提供一種異種金屬的擴散焊接方法，該方法通過采用特殊設計的焊接工裝和焊接工藝方法，獲得接頭性能和密封性優良的異種金屬焊接件，且整個焊接界面的焊合情況良好，焊接界面存在明顯的濃度梯度，符合擴散特征。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種異種金屬的擴散焊接方法，包括如下步驟：

步驟(1)、將第一待焊接金屬結構件裝入第二待焊接金屬結構件中，并保證第一待焊接金屬結構件的外表面與第二待焊接金屬結構件的內表面緊密貼合，得到組合焊接件，所述第一待焊接金屬結構件與第二待焊接金屬結構件為異種金屬，且第一待焊接金屬結構件的膨脹系數小于第二待焊接金屬結構件的膨脹系數；

步驟(2)、對組合焊接件分別安裝內撐限位工裝和外側限位工裝，即將內撐限位工裝裝入第一待焊接金屬結構件內部，將外側限位工裝(4)安裝在第二待焊接金屬結構件的外側，且內撐限位工裝的外表面與第一待焊接金屬結構件的內表面緊密貼合，外側限位工裝的內表面與第二待焊接金屬結構件的外表面緊密貼合；所述內撐限位工裝和外側限位工裝所用材料的膨脹系數均小于第一待焊接金屬結構件的膨脹系數，熔點均高于第一待焊接金屬結構件的熔點，內撐限位工裝和外側限位工裝用于約束焊接過程中組合焊接件的徑向膨脹；

步驟(3)、對組合焊接件進行真空擴散焊接，焊接過程中對組合焊接件施加軸向壓力，約束組合焊接件的軸向膨脹；

步驟(4)、焊接完成后，拆除內撐限位工裝和外側限位工裝，得到異種金屬焊接件。