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      公司新聞
      鋁與鋁合金的擴散焊接
      發布時間:2022-11-23

      擴散焊是連接組件的一種非常有價值的技術,特別是在飛機工業中,它涉及將加熱的組件壓在一起,以使組件中的原子相互擴散以形成金屬對金屬鍵。在某些具有特定均勻晶粒結構的金屬(例如鈦)的情況下,擴散鍵合可以與超塑性成形相結合,超塑性成形是一種技術,其中金屬制品(通常為片狀)被加熱并經歷緩慢變形,在此期間金屬拉伸并在變形區域變薄,但不頸部或斷裂,這樣金屬制品可以形成所需的形狀。

      鋁及其許多合金可以超塑性形成,但它們具有極其頑強的表面氧化物,可防止擴散粘合;由于鋁的物理特性(低密度和高強度),它是飛機工業的理想選擇,但它無法通過擴散粘合形成復合材料結構,導致設計限制。術語“鋁”將在本規范中使用,以包括鋁和鋁合金。

      我們描述了一種將鋁制成的組件擴散粘合到另一個組件(也可以由鋁制成)的方法,方法是對鋁組件進行噴砂和化學處理以去除氧化層,然后將組件組裝到堆棧(或包裝)中,其中組件位于配置所需的最終擴散鍵合制品,最后在優選540至580°C的溫度下將組裝好的堆棧擴散粘合2 至5小時。擴散鍵合步驟是通過將要連接的組件(通常是片狀)放置在腔中,在腔上放置超塑性膜,將膜的邊緣壓縮到腔壁上以密封腔,在膜背對腔的一側施加氣體壓力并同時抽空腔, 由此,膜上的壓差壓縮腔中的組分。將組件加熱到 540 至 580 o C,這與由于膜上的壓差而施加在組件上的壓力一起導致組件之間形成所需的擴散鍵。在擴散鍵合過程中必須抽空腔體,例如壓力為10??毫巴,以防止鋁部件上的氧化層重整到阻止金屬原子擴散的程度,從而阻止擴散鍵合;一些氧化物的形成是不可避免的,但如果它是有限的,那么產生的擴散鍵可以有足夠的強度;我們發現,如果要使粘合具有可接受的強度,則必須在噴砂/化學處理步驟的約20分鐘內進行擴散焊接。
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      上述技術有許多缺點:

      • (1) 成功的擴散焊接需要高真空度,這意味著膜必須提供出色的密封性,并且真空泵設備必須具有非常高的質量,以確保在腔內保持足夠的真空。雖然這可以在實驗室規模上充分實現,但在工業規模上實現是極其困難和昂貴的,
      • (2)由于鋁部件的清潔表面最多只能暴露在空氣中20分鐘,因此必須在此期間進行堆垛的組裝和型腔的排空;正如人們所理解的那樣,這是一項艱巨的任務,特別是在工業規模上。和
      • (3)腔內壓力的監測非常困難,并且有可能在要粘合在一起的材料片之間捕獲空氣袋,并且這種氣穴會污染被焊接的表面。


      我們現在發現了一種可以克服或至少減少上述缺點的技術。

      將不同金屬相互焊接的方法,方法是對它們進行廣泛的加工以形成復合制品,該復合制品具有在基材頂部的耐腐蝕材料的外層,為制品提供強度和/或不同的耐腐蝕性。EP-A- 0 022 605中給出的例子是制造具有普通鋼基座和不銹鋼外覆蓋層的管材或薄板。在工作步驟之前,通過電子束焊縫焊接不同金屬層,主要是為了防止層在工作步驟中剝落,但也要防止氧氣在熱加工過程中接觸層之間的界面,如果存在,則會抑制層之間鍵的形成。

      這些金屬部件[敏感詞]是片狀的,并且由易于形成氧化物表面涂層的鋁或鋁合金制成,該過程包括在要粘合的預定區域中從鋁部件上去除氧化物表面涂層, 組裝組件以形成堆棧,將堆棧放置在電子束焊接裝置的腔室中,抽空腔室,通過電子束焊接將堆疊中組件的邊緣區域焊接在一起,從腔室中取出焊接的堆棧,隨后對堆棧進行擴散粘合步驟,其中組件在所述預定區域粘合在一起;然后優選將擴散粘合的堆棧超塑性地形成成所需的形狀。優點是,焊接的組件堆??梢栽诓煌瑫r向堆棧施加真空的情況下進行擴散粘合,并且清潔鋁組件以去除表面氧化物和擴散粘合之間的間隔可以大大延長到數小時或數天的周期,而不會將粘合強度降低到不可接受的水平。

      電子束焊接裝置真空室的抽真空相對簡單,因為后者上的密封件必須在從室溫到560 的所有溫度下都是氣密的。o C,因此密封件和抽真空程序比電子束焊接室復雜得多,在電子束焊接室中,密封件必須在更小的溫度范圍內保持氣密性。此外,電子束室的抽真空時間比擴散鍵合裝置的腔短,因為電子束焊接室相對于擴散鍵合裝置相對簡單,并且因為擴散鍵合裝置通常包含幾個要擴散鍵合在一起的組件堆棧,因此需要較長的抽真空時間,這導致了本發明的另一個優點,因為它在氧化物去除階段的約20分鐘內實現電子束焊接比在這段時間內抽真空擴散鍵合裝置的腔室要容易得多,如上所述,這是防止氧化物在清潔表面上重新形成所必需的,這將阻止隨后的擴散結合。

      優選的是,也就是說,通過將鋁(或其他氧化性金屬)制成的組件置于酸蝕刻或脫氧溶液中,然后對它們進行噴砂,然后進行化學處理以除去剩余的氧化物。

      擴散焊可以與組件同時進行,但優選在沒有組件同時工作的情況下進行。(除了在擴散焊接過程中不再需要對組件施加真空),也就是說,組裝和焊接堆棧中的組件在540至580°C的溫度下壓縮 兩到五個小時?;蛘?,擴散焊接步驟可以在加熱壓力機中進行,例如在熱等靜壓機中進行。熱等靜壓(H.I.P.)是粉末冶金領域的一種眾所周知的技術,涉及對部件施加等靜壓,同時將其保持在所需的溫度。使用這種技術,可以實現每平方英寸數千磅(數百萬帕斯卡)的壓力;此外,熱等靜壓機很大,因此可以在任何時候在 H.I.P. 腔室中放置多個堆棧,以便可以將不同尺寸的單個堆棧粘合在一個批次中。

      在試驗中,我們發現,即使在電子束焊接和壓制之間延遲幾個小時后,通過熱壓焊接堆棧產生的焊接質量也很好。

      本文的一個優點是可以[敏感詞]控制焊接室中的真空度,并且沒有在要粘合的板材之間截留空氣的危險。這些因素有助于在焊接板中保持一致的焊接質量。

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