专利名称：相变－扩散钎焊工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，涉及一种焊接工艺，特别涉及一种相变-扩散钎焊工艺。
二.
背景技术：
2.1相变超塑性扩散焊的优点及不足由于材料在发生超塑性变形时具有低变形抗力、大变形能力的特征[1]，所以超塑性扩散焊被作为固态扩散焊的一种改进工艺引起了人们的研发兴趣。Y.Maehara与Y.Komizo[2]等综述了超塑性扩散焊(SuperplasticDiffusion Bonding)的机理，将超塑性扩散焊分为两种，即恒温超塑性扩散焊(Isothermal Superpalstic Diffusion Bonding)和相变超塑性扩散焊(Transformation Superplastic Diffusion Bonding，简写为TSDB)。相变超塑性扩散焊最初由日本三菱重工横滨造船所的高濑诚次、押田良机等人于20世纪70年代提出，并成功地应用于弧焊可焊性很差的铸铁的焊接[3]。相变超塑性扩散焊接具有超塑性扩散焊的共同优点，如能利用超塑性流变加速实现界面紧密接触过程(特别是在焊接过程的初期)和机械破膜；焊接压力小；表面粗糙度的影响小等[4，5]。与恒温超塑性焊接相比，相变超塑性焊接又具有某些独特优点(1)因高温停留时间短，同时在动态再结晶与相变重结晶作用下焊后可细化晶粒[6-10]；(2)相变超塑性与晶粒大小无关，故无须焊前对母材进行细化预处理。
但相变超塑性扩散焊也存在一些显著的缺点，主要有(1)在生产率方面，因循环次数较多而导致生产率低；(2)在焊接质量方面，因界面上易有残留空洞出现而导致焊合率相对较低；(3)在接头外观方面，因焊接压力及循环次数较大而导致累积变形较大，或边缘易鼓出形成缺口等不足。由于上述缺陷的存在，限制了其进一步推广使用。
在上述缺陷中，尤以循环次数过多导致效率低这一缺点最为显著。例如20世纪80年代大桥修与桥本达哉[5]以市售纯铁为实验材料，焊接条件为Ar气保护，高频电源加热，压力4MPa，循环温度范围830℃←→930℃，在32min时间内共需循环16次(每次循环的时间为2min/C，进行了32次相变)。20世纪90年代，刘建华[6]、熊建钢[7]等以A3(Q235)为母材，在32MPa压力下，在600℃←→900℃温度范围内须循环6次以上方可达到接头与母材等强。王燕文等[8]指出45号钢的相变超塑性扩散焊在390℃←→810℃内须循环20次以上。周荣林等[10]指出钛/不锈钢的相变超塑性焊接需循环20次。
提高压力虽可加大每次循环的超塑性流变量，有利于加速实现母材界面间紧密接触，但刘建华等[6]在压力P＝60MPa，循环次数N＝3的情况下，虽可得到与P＝32MPa，N＝6情况下相同的变形量(直径增粗率Δd/d＝4％)，但断裂载荷存在较大差异，前者为18.5KN，后者为25.3KN，前者明显低于后者。吴艳青、裴怡等[11]通过计算指出，过大的压力与过多的循环次数将会在接头边缘位置出现拉应力。可见单一靠增加压力来降低循环次数是受会到制约的。迄今，国内外尚无针对这一难点进行改进研究的任何报道。同时，令人费解的是国外自二十世纪九十年代以后无任何有关相变超塑性扩散焊研究的报道，推测原因可能与其循环次数多、生产效率低这一关键问题尚未解决有关。
造成循环次数过多的本质原因在于固相焊时母材界面间易残留界面空洞。因相变超塑性焊接中母材界面紧密接触仍是在“固态”下实现的，每次相变期间虽有超塑性现象发生，但超塑性应变值本身很小[12]；且相变超塑性的发生温度范围很窄[13]，具有“瞬时性”的特点，所以须多次循环累积才能达到一定的变形量，方可得以消除界面残留空洞，实现母材界面间的紧密接触。
值得指出的是国内关于相变超塑性扩散焊的叫法不统一，如相变超塑性焊接、相变扩散焊等，在此，申请人为与国际上的叫法保持一致，按其英文名称(Transformation Superplastic Diffusion Bonding)称其为相变超塑性扩散焊。2.2相关工艺简介单独利用超塑性现象、液相或复合工艺可作为固态扩散焊的改进途径已为人们所证实并利用。在复合工艺方面，文献(14)提及的Hamilton等于1975年在美国申请的SPF/DB(Super Plastic Forming/Diffusion Bonding)复合工艺专利具有深远影响，已成功地用于航空制造业中Ti合金件的成型与焊接。但实际上SPF/DB仍属纯固态下的接合，难免存在固态扩散焊固有的一些缺点如易有残留空洞、压力大、焊接时间长等。为此，M.S.YEH与T.H.CHUAN将恒温超塑成形与高温钎焊有机结合起来提出了SPF/B(SuperPlastic Forming/Brazing)复合工艺，并申请了国外有关专利。SPF/B可以避免SPF/DB不能有效加压的情况，并具有焊接时间短、节约能源的优点，可用于Ni基超合金的焊接[14]。但至今尚无将相变超塑性与液相两种改进途径有机结合起来的新工艺的任何研发报道。
考虑到液相填充母材表面凹槽速度比纯固态下的超塑性流变快，故有可能利用液相的对母材表面凹坑的填充作用来部分或全部代替超塑性流变作用，更快地实现待焊母材表面间的紧密接触，消除纯固态下进行相变超塑性扩散焊时界面易有空洞残留这一缺陷，从而既能使循环次数得以减少，提高相变超塑性焊接的生产率，又能保留相变超塑性焊接可细化晶粒的独特优点。因此，可以推测相变超塑性扩散焊与扩散钎焊两者的复合工艺有可能成为解决相变超塑性扩散焊工艺循环次数多这一缺点的一条可行途径。
因此，实现上述发明目的的解决方案的基本思路是通过预置中间层，使之熔化获得液相来快速填充母材界面空洞；并通过温度循环，使中间层多次熔化并使母材多次相变，利用液相比固相扩散系数大、沿各种短路扩散通道(相界及晶界等)比晶粒内部扩散系数大的特点，促使中间层向母材中扩散，扩散的均匀程度可视性能需要而定。
具体的工艺按以下步骤进行1)首先在预装配好的待焊母材界面间预置入中间层材料，无须任何钎剂，并通过加压装置向接头施加一定的压力；2)然后在氩气保护气氛中，采取与相变超塑性扩散焊相同的方式控制加热设备进行循环加热/冷却，即加热至上限温度，一般不保温，或短时保温便开始冷却，待冷却至下限温度复又开始加热，如此多次循环，循环加热时峰值温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线，下限温度应使母材能在冷却过程中发生充分的相变；3)经上述若干次温度循环，在压力作用下经进行多次熔化中间层和母材循环相变后完成焊接。
本发明的其它一些特点是，所述待焊母材间预置入的中间层材料按扩散钎焊或液相扩散焊的要求选取，即其内应含有降熔元素，且其含量少、扩散速度快；可优先选用非晶态箔带。
所述温度循环的上限温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线。
所述加热设备可以是电阻焊电源或感应加热电源。
本发明的相变-扩散钎焊工艺是针对相变超塑性扩散焊的改进工艺，是一种将相变超塑性扩散焊与高温钎焊结合起来的新型复合工艺，称其为“相变-扩散钎焊(Transformation/Diffusion Brazing，简写为T/DB)”(或相变-液相扩散焊；相变超塑性-扩散钎焊；相变超塑性-液相扩散焊；预置中间层的相变超塑性扩散焊Transformation Superplastic DiffusionBonding with Interlayer，TSBI)。本发明的相变扩散钎焊工艺(T/DB)与传统的相变超塑性扩散焊工艺的主要区别在于首先要求在待焊母材间预置入中间层材料；其次，循环加热时峰值温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线；再次下限温度应使母材能在冷却过程中发生充分的相变。这种温度循环的目的在于使中间层在升温过程中变为易于填缝和扩散的液态；并可使母材在升/降温过程中均能发生相变，充分利用循环相变所获得的新生相界与晶界(均为短路扩散通道)，促进中间层向母材中的快速扩散。这种新工艺区别于普通钎焊的地方在于加压而不加任何钎剂，且伴有在压力作用下的多次循环相变。
四.
以下是本发明循环次数定为低碳钢相变超塑性焊接所需最少循环次数[6-7]的一半，即3次时的试验结果附图。
图1为本发明的相变-液相扩散焊工艺焊接接头试样的拉伸试验结果图片(箭头处为界面)；图2为本发明的相变-液相扩散焊工艺焊接接头试样的面弯、背弯测试结果图片(箭头处为界面)；图3为本发明的相变-液相扩散焊工艺接头试样界面及近缝区的扫描电镜(SEM)照片(×2000)。
五.
具体实施例方式
为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和发明人给出的实施例进行进一步的详细描述。5.1.相变-液相扩散焊工艺具体按以下步骤实施本发明提出的相变-液相扩散焊工艺1)首先在预装配好的待焊母材界面间预置入中间层材料，无须任何钎剂，并通过加压装置向接头施加一定的压力；2)然后在氩气保护气氛中，采取与相变超塑性扩散焊相同的方式控制加热设备进行加热/冷却，即加热至上限温度，一般不保温，或短时保温便开始冷却，待冷却至下限温度复又开始加热，如此多次循环，循环加热时峰值温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线，下限温度应使母材能在冷却过程中发生充分的相变；3)经若干次温度循环，在压力作用下进行多次熔化中间层和母材循环相变后完成焊接。5.2.中间层选取原则对中间层的选用，其一是按一般的钎焊原则选常规钎料，如碳钢的钎焊常选用铜及其合金作钎料；其二是从扩散钎焊(又名液相扩散焊或过渡液相扩散焊)的原理出发，选择合适的中间层。基于扩散钎焊接头在常温及高温力学性能方面均远优于一般钎焊接头的优点，并允许接头采用对接形式(普通钎焊接头形式为搭接)，故确定了从扩散钎焊的原理出发选择中间层的原则。即要求中间层内必须含有降熔元素(Melting Point Depressant，MPD)，且其含量少、扩散速度快(如原子半径小的B等)。另外，从中间层的成型角度考虑，应优先选用非晶态箔带[16-18]，这样既有利于减少焊缝中残留夹杂，又有利于缩短扩散所须时间。在扩散钎焊(液相扩散焊)中选用非晶态箔带作中间层而代替粉末、喷涂或电镀的中间层已成为一种发展趋势[19]。5.3.相变-扩散钎焊设备简介设备系统由加热电源、加压装置、温控装置组成。在相变超塑性焊接的研究中，国内众多的研究者选用了热模拟试验机作为加热电源，但热模拟试验机价格昂贵不利于相变超塑性焊接的推广。由于相变超塑性焊接要求焊接温度循环通过母材的相变点，所以其加热电源应选用加热/冷却速率快的电源，从目前工业水平提供的实际可能性来看，选用电阻焊电源或感应加热电源是较为可靠与经济的。加压方式灵活多样，依工件材质、尺寸等可采用气压、液压或弹簧加压等机械装置。5.4实施例以下是发明人给出的相变-扩散钎焊新工艺试验实施例。1)工艺试验材料与规范参数近年来，日本住友金属公司[20]、新日铁公司[21，22]、大阪大学[23]的研究人员均采用Ni基非晶箔带作中间层，用液相扩散焊的方法焊接碳素钢结构钢管。其中住友公司的小沟裕一因其在首创性、快速性、实用性方面的成功开发与应用获1991年溶接学会“田中龟久人”奖[20]；新日铁公司的篠原康浩因对硼的扩散及存在形态的研究获得了2000年日本溶接学会秋季全国大会的研究发表奖[21]。尽管中间层的主组元与母材主组元不同(申请者称之为异质中间层)但基于其接合机理同经典瞬间液相扩散焊完全相同，所以近年来在日本，多数文献改称其为液相扩散焊[22-23]。据此，且考虑到目前尚无市售铁基低熔点铁基非晶钎料，故申请者选用镍基非晶箔带BNi2(成分Ni-7％Cr-4.5％Si-3.1％B-3％Fe；熔化区间970℃～999℃；30～40μm厚)箔带作为中间层，其液相线温度较低(999℃)，有利于在较低温度下完成焊接，以防止晶粒过度长大。
试验以Φ76.6×6mm低碳钢管为母材、BNi2镍基非晶箔带为中间层进行对焊试验，采用加热快、温度控制精度高的感应加热方式(PID控制)，升温速度约为30℃/S；Ar气保护；空冷。循环次数定为低碳钢相变超塑性焊接所需最少循环次数[6-7]的一半，即3次；上限温度依次分别取1100℃、1200℃、1100℃，考虑到感应加热内外壁有温差，故在上限温度保温约5s～10s，以使内外壁温度场趋于均匀；下限温度均取500℃。焊后参照GB2651-89与GB2653-89进行拉伸与三点弯曲试验；经确认性能合格后用电镜观察界面及近缝区组织分析，并用能谱分析确认焊后中间层与母材的相互扩散程度。2)拉伸与弯曲性能试验结果图1、图2分别为“相变-扩散钎焊”(T/DB)新工艺焊接接头试样的拉伸、弯曲(含面弯与背弯)测试结果。测试结果表明，拉伸试样断口位于母材上，远离焊缝；弯曲角近180°。试验结果表明元素扩散的程度已足以满足性能要求，脆性相危害已被消除；同时说明接头亦无表面缺陷；特别是相变-扩散钎焊新工艺所须的温度循环次数可降为传统相变超塑性扩散焊的一半。3)界面致密性观察与元素扩散状况图3为相变-扩散钎焊接头试样界面及近缝区的扫描电镜(SEM)照片(×2000)，可见中间层与母材界面间致密性理想。考虑到降熔元素在降温时易被排斥而集中于残留中间层中心区，故重点对此区成分进行能谱分析(EDXA)，见表1。
表1 残留中间层中心区成分的能谱分析结果
将表1与焊前中间层(BNi2)原始成分比较可知，中间层已与母材间发生了强烈的相互扩散(1)降熔元素之一Si的浓度已由原始浓度的4.5％降至1.64％。从Cr/Si、Fe/Si、Ni/Si两元相图[24]分析，室温时它们对Si的溶解度均可达4％～5％，焊后Si浓度的降低对于消除硅化物极为有利。(2)浓度变化幅度最大的是母材与中间层各自的主组元Fe与Ni，其中Fe由3％增至约70％；Ni由82％降至23～25％左右，残留中间层的主组元已由Ni变为Fe。
这种新工艺从其内部金属原子迁移的本质看，以实现中间层的熔化、填充母材表面凹槽、足够程度地向母材中扩散及母材的循环重结晶为目标，可看作是相变超塑性焊接与扩散钎焊(液相扩散焊)的复合工艺，故可简称为“相变-扩散钎焊焊”(Transformation/diffusion Brazing，T/DB)；从其操作过程的表象看，也可称为“预置中间层的相变超塑性焊”(TSBITransformation Superplastic Bonding with Interlayer)。5.5本发明的创新之处及其机理(1)能迅速实现母材界面间的紧密接触，焊合率高待焊界面上的凹凸不平易导致焊后界面有残留空洞，这是包括相变超塑性扩散焊在内的各种固态扩散焊的最为常见的缺陷，相变超塑性扩散焊之所以需要多次循环的根本目的就在于欲利用超塑性流变消除界面空洞，实现母材界面间的紧密接触。而相变-扩散钎焊利用了液相对母材的润湿、填充及溶解作用，可迅速消除界面残留空洞，其实现整个待焊界面间的紧密接触的速度远快于固态下的超塑性流变，大大缩短了实现待焊界面间紧密接触所需的时间，因此焊合率高，接头强度高且稳定。液相能快速消除界面空洞是相变-扩散钎焊生产率得以提高的首要原因。
(2)生产率高生产率高是相变-液相扩散焊与传统相变超塑性扩散焊相比在应用方面最为显著的优点。要获得高的生产率，一方面需要能迅速实现母材界面间的紧密接触；另一方面还需要中间层能迅速向母材内扩散(否则过多的降熔元素残留会在焊缝中心区形成脆性化合物，不利于接头的弯曲性能)。其中相变-扩散钎焊在前一方面具有显著优势的原因已在上文进行了分析，在此主要分析新工艺在后一方面具有优势的原因。其原因在于综合利用了液相及其对母材的溶解、相界扩散、晶界扩散及奥氏体状态的体扩散来共同促进中间层的扩散，其中主要原因有二其一，在液相存在期间，液相对母材的溶解稀释了中间层元素的浓度，并可使中间层元素在液态下继续向母材中扩散。其二，在固态时，充分利用已有的相界与晶界及相变产生的新增相界与晶界作为快速短路扩散通道，仍可使MPD元素的扩散在低温下继续进行，特别是在焊接的后期循环阶段，沿相界的短路扩散的贡献更大，有效地弥补了温度降低对扩散的不利影响，使得即使高温停留时间短，仍能使扩散迅速达到性能要求。概而言之，相变-扩散钎焊比相变超塑性扩散焊生产率高的主要原因在于母材的溶解和沿相界面的短路扩散。
(3)破碎氧化膜能力强原因有三其一利用液相可起到一定破碎表面膜的作用(沿氧化膜裂缝渗透并优先溶解表层母材；有利于氧化膜的剥离、球聚并随多余液相挤出)[25-28]。其二反复利用温度循环过程中氧化膜与金属基体热膨胀系数的差别形成的热应力，诱发氧化膜在温度升/降过程中多次开裂。其三在一定的高温温度范围内，因碳的氧化物(CO)生成自由能高于FeO、NiO、Cr2O3的生成自由能，故碳能还前述氧化物[28]，并且碳可优先在晶界处还原氧化物[27]。因此，相变-扩散钎焊过程中的短时高温及循环相变重结晶的细化效果，均有利于加强C的还原作用。
(4)可抑制晶粒过度长大通过两方面的措施来保证一方面从峰值温度、高温停留时间及高温区的宽度三个主要因素入手预防晶粒的过度长大(由于该方法具有脉冲式热源的优点，高温停留时间短，避免了热量持续向低温区的传导，因此可大幅减小高温区的宽度，使温度场分布较为合理，即高温区宽度，特别是晶粒长大敏感温度1100℃以上区域的宽度狭窄而集中)。另一方面，对于已有长大的晶粒则可通过随后的相变重结晶过程来细化。另外，动态再结晶对于抑制晶粒长大也起到了一定的作用。虽然由于加热上限温度较高使其抑制晶粒过度长大效果差于相变超塑性扩散焊，但要优于传统扩散钎焊和熔焊。与扩散钎焊相比，新工艺抑制晶粒长大的效果体现在两个方面一是近缝区的粒径本身要小；二是晶粒有所长大的整体区域的宽度要小。其中，抑制晶粒过度长大的主要机制在于高温停留时间短及相变重结晶。
(5)变形小与相变超塑性扩散焊相比，由于充分利用液相的参与来实现界面间的紧密接触，这样降低了在实现材料间紧密接触过程中对超塑性变形的依赖程度，故无须大量的的超塑性流变，这样从理论上保证了接头变形可大大减小，同时焊接压力随之亦可减小，为减小变形提供了可能。具体视塑性变形的多少可确定超塑性变形与液相对实现紧密接触贡献的相对大小。当塑性变形较大时，依赖超塑性变形或其与液相的共同作用实现紧密接触；当塑性变形较小时液相将取代超塑性变形，成为促进实现紧密接触的主要机制。
(6)降低对设备运行参数的要求，有利于加热电源与加压设备的小型化、轻量化在加热方面，由持续高温加热改为断续加热，避免了电源长时间连续工作，降低了电源的暂载率，并使电源及其它附件(如次级电缆、冷却系统等)的运行条件及安全性得以改善，因此有利于设备的小型化与轻量化。在加压方面，因主要利用液相实现界面间的紧密接触，减小了对塑性变形或超塑性变形的依赖，所以可降低焊接压力，从而使加压设备得以实现轻量化与小型化。
(7)其它应用方面的优点循环次数或生产率不受壁厚的影响，主要取决于中间层在液态及母材相变过程中的扩散速度；焊接过程无电弧焊烟尘与飞溅，利于环保和人体健康；自动化程度高，对操作人员的技术水平要求低，有利于保证焊接质量。
(8)另外，与一般的扩散钎焊+焊后正火工艺相比有细化程度好且快的优点。因扩散钎焊+焊后正火工艺未充分利用短路扩散通道；并且正火前的原始晶粒尺寸(即扩散焊后所得的晶粒)已经出现过度长大，势必要求增加焊后循环相变的次数以细化晶粒，从而降低了生产率。5.6应用场合本发明所提出的相变-液相扩散焊工艺(又名置有中间层的相变超塑性焊接工艺)具有强烈的工程应用背景，例如在以下焊接场合，其应用潜力较大。(1)钢管及钢筋的焊接(2)大截面工件(3)高屈服极限的材料(4)电弧焊可焊性差的材料(5)对晶粒长大限制较严的材料本发明的相变-扩散钎散焊新工艺突破了传统固态相变超塑性焊接不加中间层的束缚，并利用中间层熔化所得液相来溶解、填充待焊界面上的凹凸不平，缩短了实现待焊界面间紧密接触所需的时间；同时可大大减小焊接压力，最终获得变形小的接头并可使装置体积重量得以减小；并可利用热应力与液相达到一定破碎表面膜的作用。同时突破了扩散钎焊(又名液相扩散焊)接使工件持续地处于高温下的束缚，通过高温停留时间短及母材的循环相变重结晶两个途径抑制晶粒的过度长大。另外，利用循环相变产生的短路扩散通道，使中间层即使在高温停留时间短，仍能达到性能要求的扩散程度。
总之，该复合工艺结合了固态下的短路扩散焊与高温钎焊的优点，一定程度上克服了各自的缺点，在保证焊接质量(焊合率、控制晶粒长大等方面)和提高生产率方面均具有明显的优势。作为一种传统相变超塑性扩散焊的改进工艺，在确保焊接质量的前提下显著改进了相变超塑性扩散焊的生产率低这一主要缺点，在某些特定的场合将有一定的应用前景。同时该工艺的提出为解决抑制晶粒长大与加速扩散提高效率之间的矛盾提供了一新思路。
六、参考文献[1]何景素，王燕文.金属的超塑性，北京科学出版社，1986.[2]Y.Maehara，Y.Komizo，T.G.Langdon.Priciple of superplasticdiffusion bonding[J].Materials Science and technology.1988，4(8)669-673.[3]高濑诚次，押田良机.铸铁の超塑性固相接合部の微视构造について.铸物，1976，48(12)763～768.[4]小沟裕一，前原泰裕.二相ステンレス钢の超塑性现象を利用レた固相接合.铁と钢，1988，74(8)139-146.[5]大桥修，桥本达哉.同素变态の扩散溶接过程への影响，扩散溶接に关すゐ研究(第8报).溶接学会志，1980，49(1)24-29.[6]刘建华，李志远，.胡伦骥，熊建钢.钢铁材料的相变超塑性焊接，华中理工大学学报，1995，23(1)15-19.[7]熊建钢，刘建华，李志远，谢明立.相变超塑性焊接工艺及机理研究，热加工工艺，1996，(1)17-19[8]王燕文，阳永春.相变与超塑性固态焊接.金属热处理，1997，(10)3～6.[9]林祥丰，王蕾，张瑞容，等.钢的相变超塑性扩散焊研究，南京航空航天大学学报，1996，28(2)199-204。[10]周荣林，张九海，田锡唐.钛/不锈钢相变扩散连接工艺.焊接，1999，(2)9-12。[11]吴艳青，裴怡，杨永兴，张建勋.相变超塑性焊接(TSW)过程的有限元分析.焊接学报，2000，21(4)65～68。[12]PETER ZWIGL，DAVID C DUNAND.Transformation superplasticity ofiron and Fe/TiC metal matrix composites.Metallurgical andMaterials Transaction A，1998，29A(2)565-575。[13]A.C.季霍诺夫.金属与合金的超塑性效应.科学出版社，1983。[14]Yeh M S与Chuan T H.Super Plastic Forming/Brazing process forInconel 718 superalloy components[J].Welding Journal，1997，76(5)197s-200s。[15]张新平，史耀武，任耀文.镍基非晶态及晶态钎料真空钎焊工艺性能的比较[J].焊接学报，1996，17(4)205～211。[16]小沟裕一，樫本文雄.钢管のアモルファス高速接合[J].溶接技术，1990，(7)72～75。[17]张贵锋，张建勋.非晶态金属箔带作中间层的瞬间液相扩散焊焊管技术[J].焊接，2000，(2)35～37.[18]张贵锋，张建勋，王士元，邱凤翔.瞬间液相扩散焊与钎焊主要特点之异同[J].焊接学报，2002，23(6)92～96。[19]T.I.Khan，N.Orhan，and M.Eroglu.Transient liquid phasebonding of a microduplex stainless steel using amorphousinterlayers[J].Materials Science and Technology，2002，18(4)396～400。[20]小沟裕一，樫本文雄，岸伸典，藤沢和夫.アモルファス材料によゐ可搬式扩散接合システムの开发と实用化[J].溶接学会誌，1991，60(4)267。[21]篠原康浩.液相扩散接合部におけゐポロシテイの存在形态と扩散举动[J].平成12年度溶接学会秋季全国大会研究发表赏.溶接学会誌，2001，70(5)45-46。[22]篠原康浩，长谷川泰士.液相扩散接合部におゐボロンの存在形态[J].
溶接学会全国大会讲演概要，2000，67326-327。[23]西本和俊，才田一幸，妙中真.エキスパ-トシステムを用いた碳素钢の液相扩散接合の最适化，液相扩散接合のエキスパ-トシステム(第2报).溶接学会全国大会讲演概要，2000年，第67集，322-323。[24]虞觉奇，易文质，陈邦迪，陈宏鉴.二元合金状态图，上海上海科学技术出版社，1987.327，375，494。[25]铃村晓男，池庄司敏孝，持田健，上野泰弘.钢管の高周波ろう付压接に关すゐ研究[J].溶接学会全国大会讲演概要，2002，67316～317。[26]山本章夫.接合に液相を利用レたチタンクラッド钢连续热延コイル制造技术.塑性と加工.2001，42(3)52～56[27]蔡怀福镍基及铁基合金真空钎焊时氧化膜去除及钎料铺展，焊接学报，1985，6(1)，39～45.[28]庄鸿寿，E.罗格夏特.高温钎焊.北京国防工业出版社，1989140.
权利要求
1.相变-液相扩散焊工艺，其特征在于，按以下步骤进行1)首先在预装配好的待焊母材界面间预置入中间层材料，无须任何钎剂，并通过加压装置向接头施加一定的压力；2)然后在氩气保护气氛中，采取与相变超塑性扩散焊相同的方式控制加热设备进行循环加热/冷却，即加热至上限温度，一般不保温，或短时保温便开始冷却，待冷却至下限温度复又开始加热，如此多次循环，循环加热时峰值温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线，下限温度应使母材能在冷却过程中发生充分的相变；3)经上述若干次温度循环，在压力作用下经进行多次熔化中间层和母材循环相变后完成焊接。
2.如权利要求1所述的相变-液相扩散焊工艺，其特征在于，所述待焊母材间预置入的中间层材料按扩散钎焊或液相扩散焊的要求选取，即其内应含有降熔元素，且其含量少、扩散速度快；可优先选用非晶态箔带。
3.如权利要求1所述的相变-液相扩散焊工艺，其特征在于，所述温度循环的上限温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线。
4.如权利要求1所述的相变-液相扩散焊工艺，其特征在于，所述加热设备可以是电阻焊电源或感应加热电源。
全文摘要
本发明涉及一种旨在提高相变超塑性扩散焊生产率和焊接质量的“相变—扩散钎焊”工艺，首先在待焊母材间预置入中间层；其次循环加热/冷却时峰值温度须同时高于母材的相变温度及中间层的液相线；再次下限温度应使母材能在冷却过程中发生充分的相变。温度循环的目的在于使中间层在升温过程中变为易于填缝和扩散的液态；并可使母材在升/降温过程中均能发生相变，以充分利用循环相变所获得的新生相界与晶界，促进中间层向母材中的快速扩散。该工艺区别于普通钎焊的地方在于加压而不加任何钎剂，且伴有在压力作用下的多次循环相变。本发明在钢管、钢筋、大截面工件、熔焊可焊性差材料、对晶粒长大限制较严材料等焊接场合有较大应用潜力。
文档编号B23K31/02GK1445046SQ0311469
公开日2003年10月1日 申请日期2003年4月28日 优先权日2003年4月28日
发明者张贵锋, 张建勋, 裴怡, 张华 , 王士元, 杨永兴 申请人:西安交通大学