[發明專利]局部感應加熱的剛性拘束熱自壓擴散連接方法及裝置

在審

• 申請號: 202010905600.8
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112045294A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 鄧云華;陶軍
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種局部感應加熱的剛性拘束熱自壓擴散連接方法及裝置，該方法包括：處理與清理待連接材料的界面區域；剛性拘束所述待連接材料；局部感應加熱所述待連接材料；焊后熱處理連接接頭；處理所述連接接頭的表面。該裝置包括感應電源、感應線圈、剛性拘束熱自壓擴散連接工裝、紅外測溫裝置、控溫裝置和冷卻系統。該局部感應加熱的剛性拘束熱自壓擴散連接方法及裝置的目的是解決電子束熱源局部非熔化加熱剛性拘束熱自壓擴散連接時溫度梯度較大、加熱形式及區域有限的問題。

技術領域

本發明涉及擴散焊接技術領域，具體涉及一種局部感應加熱的剛性拘束熱自壓擴散連接方法及裝置。

背景技術

擴散焊需要在一定的溫度和壓力下，被連接材料表面相互接觸，通過使局部發生微觀塑性變形或被連接表面產生微觀液相，從而擴大被連接表面接觸，然后經較長時間的原子相互擴散，實現整體可靠連接的過程。和熔化焊接方法相比，擴散連接時加熱溫度低于待焊熔點或相變點，焊接熱過程對待連接材料的顯微組織和力學性能影響較小，同時能夠避免高溫熱循環時待連接材料經熔化凝固過程產生的氣孔、裂紋、夾渣等焊接缺陷，接頭的綜合力學性能較好，并可實現難焊材料和異種材料的高質量連接，在航空制造工程中廣泛使用。

在金屬不熔化的情況下，要形成焊接接頭就必須使兩待焊表面緊密接觸，使之距離達到(1～5)×10^-8cm以內，金屬原子間的引力才開始起作用，才可能形成金屬鍵，獲得一定強度的接頭。實際金屬表面無論采取何種精密加工，在微觀上總還是起伏不平的。在零壓力下接觸時，其實際接觸點只占全部表面積的百萬分之一，在施加一般壓力時，實際緊密接觸面積僅占全部表面積的1％左右，其余表面之間距離均大于原子引力起作用的范圍。因此為了實現待連接材料的連接，通常需要將被連接材料加熱到合適的溫度，并施加適當的壓力，促進界面微觀塑性變形和兩側原子擴散，從而實現固相擴散連接。

傳統爐內加熱機械加壓擴散連接方法大部分需要采用外部機械加壓和對爐內待連接材料進行整體加熱，一定程度上限制了其實用性。針對傳統爐內整體加熱和外加壓力擴散連接的不足，提出了一種剛性拘束熱自壓擴散連接方法，利用電子束作熱源對剛性拘束的待連接材料界面區進行非熔化掃描局部加熱，界面區高溫金屬受熱膨脹，在周圍冷金屬材料和剛性拘束的作用下，形成熱拘束應力應變場，對界面處熱塑性狀態金屬進行擠壓，促進界面兩側原子擴散，實現固相連接。剛性拘束熱自壓擴散連接過程中，無需外加壓力裝置對界面金屬進行擠壓，而是借助于非熔化加熱溫差效應產生的熱拘束應力應變場對待連接界面的內部自擠壓效應，從而實現在無外力作用條件下的固相連接。

利用電子束熱源局部非熔化加熱剛性拘束熱自壓擴散連接時存在以下幾個方面的不足：

①板狀對接接頭，電子束熱源僅能單面加熱，沿厚度方向存在一定的溫度梯度，板厚較厚時，下部材料達到所需要的原子擴散連接溫度較為困難；

②對接接頭為曲面形貌時，不同位置，電子束熱源距加熱表面工作距離不同，熱流密度分布不均勻，加熱不均勻，易出現局部熔化；

③電子束熱源加熱時，為確保沿板寬方向加熱均勻性，需要利用電子槍磁偏轉線圈控制束流進行沿板寬方向的掃描加熱，當板寬尺寸較大時，因電子束熱源掃描尺寸有限，板寬兩側難以掃描加熱；

④電子束熱源加熱時，必須使用真空室，設備成本高。

因此，發明人提供了一種局部感應加熱的剛性拘束熱自壓擴散連接方法及裝置。

發明內容

(1)要解決的技術問題