工程技术 科技创新 ２０１５年４月 ・７９・ 瞬时液相扩散焊的研究 李向阳 （长江大学工程技术学院，湖北荆州４３４０２０） 摘要：瞬时液相扩散焊（ＴＬＰ）具有温度低、精度高、残余应力小、接头强度高，没有明显的界面和焊接残留的特点，得到 了广泛的应用。本文首先阐述了液相扩散焊的定义、机理和特点，然后对国内外瞬时液相扩散焊研究现状进行了分析，最后，指 出了选取合适的焊接条件并在焊接过程中控制加热温度、真空度、对工件施加的压力以及扩散时间等主要工艺参数是极其重要的。 关键词：瞬时液相扩散焊；机理；工艺参数 中图分类号：ＴＵ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１．５５８６（２０１５）０３．００７９．０１ 液相扩散焊是指在扩散焊过程中接缝区短时出现微量液相 的熔点高几十度提高温度有利于元素进行扩散，使接头强度增 的扩散方法 获得微量液相的方法是利用共晶反应，即利用某 大。张蕾等人对Ｋ６４０合金过渡液相扩散焊焊接工艺对接头的 些异种金属之间可能形成低熔点共晶的特点进行液相扩散焊。 影响进行了研究，一般情况下，焊接温度应在不影响母材性能 这种方法要求一旦液相形成之间应立即降温使之凝固，以免继 的条件下尽可能提高，这将有利于等温凝固过程及接头均匀化 续生成过量液相，所以要严格控制温度。如将上述原理应用于 过程的进行。经实验，在焊接温度为１２４０℃时的接头性能要 加中间层扩散焊时，液相总量就可通过中间层来控制，称之为 高于焊接温度为１２００℃下形成的接头。 瞬间液相扩散焊（ＴＬＰ）…。 ２压力 瞬时液相扩散焊（ＴＬＰ）的机理：在连接过程开始时中间 施加压力可促进表面的塑性流变，为界面原子相互扩散创 层熔化形成液相，液体金属浸润母材表面填充毛细间隙，形成 造条件，并促进界面孔洞的消除和防止空洞产生。对于异种金 致密的连接界面。随后，在保温过程中，借助固液相之间的相 属扩散焊，采用较大的压力对减少或防止扩散孔洞有作用。液 互扩散使液相合金的成分向高熔点侧变化。最终，发生等温凝 相扩散焊对工件施加的压力为０～１．０ＭＰａ。即可在不加或施 固和固相成分均匀化，使结合区域的组织与母材接近，不会残 加很小压力下完成液相扩散焊过程，因而简化了设备，降低了 留凝固铸态组织［２］。故而，一般将瞬间液相扩散焊进程分三段： 成本。文献指出，施加压力较小时，易导致接头周边密合与 液相生成（利用中间层的熔化或中间层域母材的共晶反应）； 保护不良，接头性能变差。于治水等人在瞬时液相扩散焊接 等温凝固；成分及组织的均匀化口】。 ＣｕＡＩＢｅ合金和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢一文中用实验证实，随着压 瞬时液相扩散焊（ＴＬＰ）具有温度低、精度高、残余应力 力的增加，钎缝中液态钎料被挤出量增加，表面润湿及接触更 小、接头强度高，没有明显的界面和焊接残留的特点。同时可 好，强度增加；达到一个最大值，再增加压力，接头强度降低。 降低待焊表面的质量要求，减少焊接时间，提高接头质量的稳 文献［３】认为，在固态扩散焊中，增加压力可降低温度的影响。 定性。目前，国内学者对瞬间液相扩散焊的应用进行了大量研 而在液相扩散焊中，压力过小，应有的作用不能完全发挥出来； 究，由于瞬间液相扩散焊是一种精密的焊接方法，有着诸多的 压力过大，导致接头性能变差。故在ＴＬＰ接合中，压力应有 优点，主要应用在新材料（先进陶瓷、复合材料、氧化物弥散 一个最佳范围，其值由焊接时间、温度、表面粗糙度、中间层 强化耐热合金）制备、连接、修复等方面有很大的潜力［４】。熊 的扩散性能等因素综合决定。 江涛等人【５ 对镁合金和钛合金的瞬间液相扩散焊进行了研究。 ３保温时间 由于钛合金在飞行器制造领域中具有良好的应用基础，所以实 保温时间是指被焊工件在焊接温度下保持的时间。在该焊 现镁合金和钛合金可靠连接有利于推广镁合金在该领域中的应 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 用。 散时间过短，则接头强度达不到稳定的、与母材相当的强度。 液相扩散焊过程中产生的液相量，通常是由中间层的厚度 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 来确定。从根本上讲，液相扩散焊工艺成功与否的关键在于中 作用，反而会使母材晶粒长大。对可能形成脆性金属间化合物 间层材料的选择是否得当，只有选择了合适的中间层，保证它 的接头，应控制扩散时间以求控制脆性层的厚度，使之不影响 与基体之间能发生理想的冶金反应，才能保证形成良好的钎焊 接头性能。扩散焊时间不是一个独立参数，它与温度、压力是 接头。中间层厚度一般为几十微米，以利于缩短均匀化扩散时 密切相关的。温度较高或压力较大，则时间可以缩短。 间。厚度在３０．１００微米时，可以以箔片形式夹在两待焊表面 ４结论 之间。不能扎成箔的中间层材料，可用电镀、真空蒸镀、等离 为获得优质的焊接接头，除根据所焊部件的材料，形状和 子喷涂方法直接将中间层涂覆在待焊表面，镀层厚度可仅数微 尺寸等选择合适的扩散焊方法和设备外，精心制备待焊零件， 米。中间层厚度可根据最终成分来计算，初选，通过试验修正 选取合适的焊接条件并在焊接过程中控制加热温度、真空度、 确定。黄文展等人对纳米镀镍层作中间层的钛合金与不锈钢扩 对工件施加的压力以及扩散时间等主要工艺参数是极其重要 散焊接进行了研究。结果表明：中间层厚度为１Ｏ微米时，接 的。 头的强度较高，而且能很好的阻止Ｔｉ和Ｆｅ、Ｃ元素之间的互 参考文献 扩散，抑制了ＴｉＦｅ、ＴｉＦｅ 及ＴｉＣ的形成。 ［１】中国机械工程学会焊接学会．焊接手册［Ｍ】．北京：机械工 液相扩散焊的主要工艺参数有：温度、时间、压力、表面 业出版社，２００１． 制备及真空度等，这些因素对扩散连接过程及接头质量有极其 ［２］姚凯，范振红，李玉国．瞬时液相扩散焊的发展及应用前 重要的影响。 景『Ｊ］．石油工程建设，２００７，３３（２）：１－４． １温度 ［３】张贵锋，张建勋，王士元，等．瞬间液相扩散焊与钎焊主 温度是扩散焊最重要的工艺参数，温度的微小的变化会使 要特点之异同【Ｊ］．焊接学报，２００２，２３（６）：９２．９６． 扩散焊速度产生较大的变化。在一定的温度范围内，温度越高， ［４］陈思杰，王英．异种钢管的瞬时液相扩散焊接［Ｊ］．热加工工 扩散系数越大，扩散过程越快。同时，温度越高，金属的塑性 艺，２００５（４）：４３ ４７． 变形能力越好，连接表面达到紧密接触所需的压力越小，所获 ［５】张蕾，侯金保，张胜，等．Ｋ６４０合金过渡液相扩散焊接工 得的接头的强度也高。液相过渡扩散焊的温度应比中间层金属 艺对接头的影响［Ｊ］．热加工技术，２００４（１１）：５０—５１．