[科普中国]-扩散焊

扩散焊是指将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊方法。扩散焊特别适合异种金属材料、耐热合金和陶瓷、金属间化合物、复合材料等新材料的接合，尤其是对熔焊方法难以焊接的材料，扩散焊具有明显的优势，日益引起人们的重视。1

原理扩散焊是将两个待焊工件紧压在一起，并置于真空或保护气氛炉内加热，使两焊接表面微小的不平处产生微观塑性变形，达到紧密接触，在随后的加热保温中，原子间相互扩散而成冶金连接的焊接方法，通常这类扩散焊称之为固相扩散。它的特点是待焊表面质量要求高，焊接时间较长，接头质量不稳定。

随着扩散焊工艺的发展，出现了瞬间液相扩散焊，它可降低待焊表面制备的质量要求，减少焊接时间，提高接头质量的稳定性。它常在待焊的表面间加一层有利于扩散的中间材料，该材料在加热保温中熔化，并形成少量的液相，这些液相金属可填充缝隙，也使液相中的某些元素向母材扩散，最后形成冶金连接。2

分类(1)无中间层的扩散焊。金属的扩散焊是靠被焊金属接触面的原子扩散来完成的，主要用于同种材料的焊接，对不产生脆性中间金属的异种材料也可用此法焊接。

(2)有中间层的扩散焊。金属的扩散焊是靠中间层金属的扩散来完成的，可用于同种或异种金属的焊接。异种金属加中间层一般是为了防止接合处形成脆性中间金属或减少两金属线膨胀系数的差异；同种金属焊接加中间层，一般是为了在接合处形成所需性能的固溶体。

中间层可以是粉状或片状的。用真空喷涂或电镀的方法加在焊接面上。2

特点与其他焊接方法相比，扩散焊具有以下优点：

1)扩散焊时因基体不过热、不熔化，可以在不降低被焊材料性能的情况下焊接几乎所有的金属或非金属，特别适合于熔焊和其他方法难以焊接的材料，如活性金属、耐热合金、陶瓷和复合材料等。对于塑性差或熔点高的同种材料，以及不互溶或在熔焊时会产生脆性金属间化合物的异种材料，扩散焊是较适宜的焊接方法。

2)扩散焊接头质量好，其显微组织和性能与母材接近或相同，在焊缝中不存在熔焊缺陷，也不存在过热组织和热影响区。焊接参数易于精确控制，批量生产时接头质量和性能稳定。

3)焊件精度高、变形小。因焊接时所加压力较小，工件多是整体加热，随炉冷却，故焊件整体塑性变形很小，焊后的工件一般不再进行机械加工。

4)可以焊接大截面工件j I为焊接所需压力不大，故大截面焊接所需设备的吨位不高，易于实现。

5)可以焊接结构复杂、接头不易接近以及厚薄相差较大的工件，能对组装件中的许多接头同时实施焊接。

扩散焊的缺点如下：

1)焊件表面的制备和装配质量要求较高，特别是对接合表面要求严格。

2)焊接热循环时间长，生产率低。每次焊接快则几分钟，慢则几十个小时。对某些金属会引起晶粒长大。

3)设备一次性投资较大，且焊接工件的尺寸受到设备的限制，无法进行连续式批量生产。1

应用扩散焊特别适用于要求真空密封，要求接头与母材等强度，要求无变形的小零件。它是制造真空密封、耐热、耐振和不变形接头的唯一方法，因此在工业生产中得到广泛的应用。在电真空设备中金属与非金属的焊接，切削刀具中硬质合金、陶瓷、高速钢与碳钢的焊接，都有采用扩散焊接的方法。

(1)加热温度低，对母材的性能影响小，能用于连接不适于熔焊的材料，如钼、钨等，还可进行金属与非金属间的焊接。

(2)焊接接头的成分、性能与母材相近似，利用显微镜也难看出接合面。

(3)工艺流程简单，焊接参数易控制，质量稳定，提高了结构性部件工作表面的耐磨性。

(4)焊接接头质量好。扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同，在焊缝中不存在各种熔焊缺陷，也不存在具有过热组织的热影响区。

(5)零件变形小。因扩散焊时，所施加压力较低，焊件多数是整体加热，随炉冷却，故零部件整体塑性变形很小，而且焊件焊后一般不进行机械加工。

(6)可焊接大断面接头。由于焊接压力较低，在大断面接头焊接时所需设备的吨位不高，易于实现。采用气体压力加压扩散焊时，很容易对两板材实施叠合扩散焊。

(7)由于焊接温度低，热变形小，因此可焊接结构复杂，簿厚相差较大，精度要求高的零件。

(8)可焊接其他焊接方法难以焊接的材料，如塑性差或熔点高的同种材料，相互不溶解或在熔焊时产生脆性金属间化合物的异种材料，包括某些金属与陶瓷等。2

操作工艺扩散焊是在金属不熔化的情况下，形成焊接接头，这就必须使两待焊表面接触距离达到1μm以内，这样原子间的引力才起作用并形成金属键，获得一定强度的接头。

影响焊缝成形和工艺性能的参数主要有：焊接温度、压力、时间和保护气体的种类。在其他参数固定时，采用较高压力能产生较好的接头。压力上限取决于焊件总体变形量的限度、设备吨位等。对于异种金属扩散焊，采用较大的压力对减少或防止扩散孔洞有作用。除热静压扩散焊外通常扩散焊压力在0.5～50MPa之间选择。

扩散时间是指焊件在焊接温度下保持的时间。在该焊接时间内必须保证扩散过程全部完成，以达到所需的强度。扩散时间过短，则接头强度达不到稳定的、与母材相等的强度。但过高的高温高压持续时间，对接头质量不起任何进一步提高的作用，采用某种焊接参数时，焊接时间有数分钟即足够。

焊接保护气体纯度、流量、压力或真空度、漏气率均会影响扩散焊接头质量。常用保护气体是氩气，对有些材料也可用高纯氮气、氢气或氦气。2

作业安全(1)作业前检查机体外壳应无漏电。

(2)起动前，应先接通控制线路的转向开关和焊接电流的小开关，并调整焊接参数使之符合工艺要求，最后接通电源。

(3)焊机通电后，应检查电气设备、操作机构及机体外壳有无漏电现象。

(4)焊接操作及配合人员必须按规定穿戴劳动防护用品，并必须采取防止触电、高空坠落、火灾等事故的安全措施。

(5)户外使用的焊机，应设有防雨、防潮、防晒的机棚，并应装设相应的消防器材。

(6)上、下焊件要拿稳，双手应与电极保持一定距离，手指不能置于两待焊焊件之间，以免灼伤。

(7)工作结束后，关闭加热系统、气体保护系统、真空系统、加压系统，再关闭总电源。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所