试述扩散连接工艺参数对焊接质量有什么影响？

2025-04-01 05:42:37

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回答1：

（1）加热温度加热温度是扩散连接最重要的连接参数，加热温度的微小变化会使扩散速度产生较大的变化。温度是容易控制和测量的参数，在任何热激活过程中，提高温度引起动力学过程的变化比其他参数的作用大得多。扩散连接过程中的所有机制都对温度敏感。加热温度的变化对连接初期工件表面局部凸出部位的塑性变形、扩散系数、表面氧化物的溶解以及界面孔洞的消失等会产生显著影响。

(2) 保温时间保温时间是指工件在焊接温度下保持的时间。在该保温时间内必须保证完成扩散过程，达到所需的结合强度。保温时间太短，扩散连接接头达不到稳定的结合强度。但高温、高压持续时间太长，对接头质量起不到进一步提高的作用，反而会使母材的晶粒长大。对可能形成脆性化合物的接头，应控制保温时间以限制脆性层的厚度，使之不影响接头的性能。

（3）压力与加热温度和保温时间相比，压力是一个不易控制的连接参数。对任何给定的温度-时间组合来说，提高压力能获得较好的界面连接，但扩散连接时的压力必须保证不引起工件的宏观塑性变形。
施加压力的主要作用是促使连接表面微观凸起的部分产生塑性变形，使表面氧化膜破碎并达到洁净金属直接紧密接触，促使界面区原子激活，同时实现界面区原子间的相互扩散。施加压力还有加速扩散、加速再结晶过程和消除扩散孔洞的作用。
压力越大、温度越高，界面紧密接触的面积越大。但不管施加多大的压力，在扩散连接第一阶段不可能使连接表面达到100%的紧密接触，总有局部未接触的区域演变为界面孔洞。界面孔洞是由未能达到紧密接触的凹凸不平部分交错而构成的。这些孔洞不仅削弱接头性能，而且还像销钉一样，阻碍着晶粒生长和扩散原子穿过界面的迁移运动。在扩散连接第一阶段形成的界面孔洞，如果在第二阶段仍未能通过蠕变而弥合，则只能依靠原子扩散来消除，这需要很长的时间，特别是消除那些包围在晶粒内部的大孔洞更是困难。因此，在加压变形阶段，就要设法使绝大部分连接表面达到紧密接触的状态。

（4）保护气氛及真空度扩散连接接头质量与保护方法、保护气体、母材与中间层的冶金物理性能等因素有关。工件表面准备好之后，随即必须对清洁的表面加以保护，有效的方法是在扩散连接过程中采用保护性气氛，真空环境也能够长时间防止污染。也可以在真空室中加氩、氨等保护气氛。纯氢气氛能减少形成的氧化物数量，并能在高温下使许多金属的表面氧化物层减薄。但氢能与Zr、Ti、Nb和Ta形成不利的氢化物，应注意避免。Ar、He也可用于在高温下保护清洁的表面，但使用这些气体时纯度必须很高，以防止造成重新污染。
连接过程中保护气氛的纯度、流量、压力或真空度、漏气率都会影响扩散连接接头的质量。扩散连接中常用的保护气体是氩气。真空度通常为（1~20）x10^-3Pa。对于有些材料也可以采用高纯度氮气、氢气或氨气。在超塑性成形和扩散连接组合工艺中常用氩气氛负压（低真空）保护钛板表面。
不管材料表面经过如何精心地清洗（包括酸洗、化学抛光、电解抛光、脱脂和清洗等），也难以避免氧化层和吸附层。材料表面上还会存在加工硬化层。虽然加工硬化层内晶格发生严重畸变，晶体缺陷密度很高，使得再结晶温度和原子扩散激活能下降，有利于扩散连接过程的进行，但表面加工硬化层会阻碍微观塑性变形。根据实验测试，即使在低真空条件下，清洁金属的表面瞬间就会形成单分子氧化层或吸附层。因此，为了尽可能使连接表面清洁，可在真空或保护气氛中对连接表面进行离子轰击或进行辉光放电处理。
对于在冷却过程中有相变的材料以及陶瓷类脆性材料，在扩散连接时，加热和冷却速度应加以控制。采用能与母材发生共晶反应的金属作中间层进行扩散连接，有助于去除氧化膜和污染层。但共晶反应扩散时，加热速度太慢，会因扩散而使接触面上的化学成分发生变化，影响熔融共晶的生成。
（5）表面准备连接表面的洁净度和平面度也是影响扩散连接接头质量的因素。扩散连接组装之前必须对工件表面进行认真准备，其表面准备包括：加工符合要求的表面粗糙度、平面度，去除表面的氧化物，消除表面的气、水或有机物膜层。
工件表面的平面度和粗糙度是通过机械加工、磨削、研磨或抛光得到的。表面氧化物和加工硬化层通常采用化学腐蚀，应注意的是化学腐蚀后要用酒精和水清洗。
对材料表面处理的要求还受连接温度和压力的影响。随着连接温度和压力的提高，对表面处理的要求逐渐降低。一般是为了降低连接温度或压力，才需要制备较洁净的表面。异种材料连接时，对表面平面度的要求与材料组配有关，在连接温度下对较硬材料的表面平面度和装配质量的要求更为严格。例如，铝和钛扩散连接时，借助钛表面凸出部位来破坏铝表面的氧化膜，并形成界面间的连接。对不同表面粗糙度的工件进行扩散连接试验发现，随着工件表面粗糙度值的降低，铜的扩散连接接头的强度和韧性均得到提高。

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