1、安徽機電職業技術學院課 程 設 計6mm 3A21+Q235A 真空擴散焊焊接工藝系 別 機械工程系 專 業 焊接技術及自動化 班 級 姓 名 學 號 20142015學年 第一學期6mm 3A21+Q235A 真空擴散焊焊接工藝一相關知識 擴散焊又稱擴散連接，是把兩個或兩個以上的固相材料（或包括中間層材料）緊壓在一起，置于真空或保護氣氛中加熱至母材熔點一下溫度，對其施加壓力使連接界面微觀塑性變形達到緊密接觸，再經保溫、原子相互擴散而形成牢固的冶金結合的一種連接方法二材料成分分析 1.Q235A: Q235A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性和熱加工性。其化學成分見表1。表1：

2、Q235A的化學成分硫S碳C硅Si錳Mn0.050%0.22%0.35%1.4%銅Cu磷P鉻Cr鎳Ni允許殘余含量0.030%0.045%允許殘余含量0.030%允許殘余含量0.030%2.3A21:3A21為AL-Mn系合金，是應用最廣的一種防腐鋁，耐腐蝕效果好，焊接性好。其化學成分分析見表2 物理性能分析見表3. 表2： 3A21的化學成分硅Si銅Cu鎂Mg鋅Zn0.60%0.20%0.05%0.15%鐵Fe錳Mn鈦Ti鋁Al0.70%1.0%1.60%0.10%0.20%余量 表3: 3A21的物理性能鋁合金牌號密度 g·cm-3比熱容(100)j·kg·-

3、13A212.731009熱導率（25）W·m-1·-1線膨脹系數(20100)×10-6-1電阻率×10-6·cm180.023.23.45 3.板材規格：300mm×100mm×6mm 三.擴散焊的焊接工藝3A21鋁與Q235A鋼的擴散焊時，為了防止產生金屬間化合物，最好加入鎳.銅等中間層。中間層的作用是：降低擴散焊的溫度和壓力，提高擴散系數，縮短保溫時間，防止金屬間化合物的形成等。1） 焊前準備 接頭形式多為對接，不開破口。如圖1 . 焊件結合表面加工至粗糙度為Ra3.2Ra6.3um,以增加擴散焊時的實際接觸面積。可

4、采用半精車.磨削.精銑和拋光等方法進行加工。被焊件表面要進行凈化處理，通常以乙醇.丙酮.洗滌劑等除油污，也可用超聲波進行凈化處理。.焊前在鋼表面用電鍍法加入鎳.銅中間層。2）焊接主要工藝參數.焊接溫度一般在500ºC550ºC,選擇合適的擴散焊溫度，獲得優質焊接接頭的重要保證。鋁與銅的擴散焊溫度一般在一定的范圍內，溫度越高，擴散過程越快，接頭強度也就越高。.壓力一般為13.7MPa；焊接壓力越大，溫度越高，緊密接觸面積越大。.焊接時間（即擴散時間時指被焊工件在焊接溫度下保持的時間）520min。擴散時間過短，接頭強度不穩定；擴散時間過長，母材金屬晶粒長大，易形成脆性化合物接

5、頭。保護氣氛:常用保護氣體是氬氣，真空度為（120）×10-3 Pa。四.擴散焊的特點 1.擴散焊的優點擴散焊接時因基體不過熱、不熔化，可以在不降低被焊材料性能的情況下焊接幾乎所有的金屬及非金屬，特別是適合于熔焊和其他難以焊接的材料，如活性金屬、耐熱合金、陶瓷和復合材料等。對于塑形差或熔點高的同種材料，以及不互溶或在熔焊時會產生脆性金屬間化合物的異種材料，擴散焊是一種可靠的焊接方法。擴散焊接頭質量好，其顯微組織和性能與母材接近或相同在焊縫中不存在熔焊缺陷，也不存在過熱組織和熱影響區。焊接參數易于精確掌控，在批量生產時接頭質量和性能穩定。焊件精度高，變形小。因焊接時所加壓力較小，工件多

6、是整體加熱，隨爐冷卻，故焊件整體變形小，焊后的工件一般不再進行機械加工。可以焊接大斷面工件。因焊接所需壓力不大，故大斷面焊接所需設備的噸位不高，易于實現。可以焊接結構復雜、接頭不易接近以及厚薄相差較大的工件，能對組裝中的許多接頭同時實施焊接。2.擴散焊的缺點： 焊件表面的制備好裝配質量的要求較高，特別對結合表面要求嚴格。 焊接熱循環時間長，生產效率低。每次焊接快則幾分鐘，慢則幾十個小時。對某些金屬會引起晶粒長大。 設備一次性投資大，且焊接工件的尺寸受到設備的限制，無法進行連續式批量生產。五焊接設備的選擇與組成設備：選用美國Workhorse型真空擴散連接設備，其主要指標見表4表4： 美國Wor

7、khorse型真空擴散焊機的主要性能指標 型號主要性能指標極限真空度Pa爐膛尺寸mm最高爐膛最大壓力KN加熱功率KVA氣氛環境Workhors5×10-4304×304×457135030045N2 ,Ar 真空 該類設備的主要特點是采用Leybold系列D4013真空機械泵的全自動真空系統，加熱和冷卻采用程序控制，能自動調節，有計算機接口;由HoneywellUCD-2000數字顯示儀控制過熱溫度指示；由HoneywellUCD-3000控制柱塞行程，并進行數字顯示。 焊機設備的組成：加壓系統、加熱系統、保護系統（在加熱和加壓過程中，保護工件不被氧化的真空或可控

8、氣氛）和控制系統等。六焊接過程基本原理擴散焊前，雖然通常對材料表面進行機械加工，研磨等，但無論焊前如何加工處理，加工后的材料表面在微觀上仍然是粗糙的，將這樣的固體表面接觸，在室溫下且不加壓力的情況下，接合面只限于少數突出點接觸，如圖2a所示。擴散焊的第一階段是物理接觸階段，即在高溫下通過對被焊件施加壓力，使材料表面微觀凸出點接觸部位發生塑性變形，并在變形過程中擠碎表面氧化膜，于是導致該接觸點的面積增加和被擠平，凈面接觸處便形成金屬鏈連接。其余未接觸面部分便形成微孔殘留在界面上，如圖2b所示。擴散焊的第二階段是相互擴散和反應階段，高溫下微觀不平的表面在外加壓力的作用下，緊密接觸的界面上發生原子的持續擴散，而使界面上許多微孔消失。與此同時，界面處的的晶界發生遷移而離開原始界面，但仍有許多小微孔遺留在晶粒內，如圖2c所示。擴散焊的第三階段是結合層的成長階段，原子擴散向縱向發展，界面與微孔最后消失形成新的晶界，達到冶金結合，最后結合區成分趨于均與，形成可靠的焊接接頭，如圖2d所示。圖2 擴散焊過程的三個階段模型七操作要點及安全注意事項1. 操作者必須熟悉機床操作順序和性能，嚴禁超性能使用設備。 2 .操作者必須經過培訓、考試或考核合格后，持證上崗。 3.嚴禁穿拖鞋、涼鞋、半短褲