一种真空扩散焊接方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112427795 A(43)申请公布日 2021.03.02

(21)申请号 202011165168.X(22)申请日 2020.10.27

(71)申请人 常德翔宇设备制造有限公司

地址 415000 湖南省常德市经济技术开发

区中联路6号(72)发明人 高友价　曾赟　胡俊　杨志维　

苏迅　肖特　王昌国　(74)专利代理机构 山东宏康知识产权代理有限

公司 37322

代理人 张锦红(51)Int.Cl.

B23K 20/02(2006.01)B23K 20/14(2006.01)B23K 20/24(2006.01)B23K 20/26(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

(54)发明名称

一种真空扩散焊接方法

(57)摘要

本发明适用于焊接技术领域，提供了一种真空扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，将胀芯、分瓣结构的胀瓣以及待焊接的第一焊件和第二焊件相互套接后放入一包套中，第一焊件和第二焊件之间以及零件与包套之间保留一定的间隙，在焊接的过程中，第二焊件受热膨胀，由于其线膨胀系数小于包套的线膨胀系数，在升温过程中包套与第二焊件之间的间隙会逐渐减小直至包套箍住第二焊件，在胀芯上施加压力通过胀瓣传递至第一焊件，通过胀瓣和包套对第一焊件和第二焊件施加的内外两侧的挤压力使第一焊件的外圆面和第二焊件的内孔面实现扩散焊接。本发明对外侧的第二焊件的壁厚和外圆尺寸要求较低，可以对壁厚较小的第二焊件用压头施加压力，适用范围广。

CN 112427795 ACN 112427795 A

权　利　要　求　书

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1.一种真空扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，其特征在于，包括：将胀芯、胀瓣以及待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体，所述胀瓣套设所述胀芯，所述第一焊件套设所述胀瓣，所述第二焊件套设所述第一焊件，所述包套套设所述第二焊件，所述胀芯为小角度圆锥结构，所述胀瓣与所述胀芯为相同锥角套合结构，所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件的线膨胀系数，所述包套的屈服强度大于所述第二焊件的屈服强度，所述第一焊件与所述第二焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别留有间隙；

将所述第一装配体放置在一垫环上构成第二装配体，将所述第二装配体放置在一真空可加热环境中，在所述真空可加热环境中梯度升温加热所述第二装配体并在所述胀芯上施加压力，直至所述第一焊件和所述第二焊件的焊接温度并保温保压完成扩散焊接。

2.根据权利要求1所述的真空扩散焊接方法，其特征在于，所述包套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍甚至更小。

3.根据权利要求1所述的真空扩散焊接方法，其特征在于，所述包套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度甚至更大。

4.根据权利要求1所述的真空扩散焊接方法，其特征在于，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括对所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤。

5.根据权利要求1所述的真空扩散焊接方法，其特征在于，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括对待焊接所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤，使所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套的粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。

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说　明　书一种真空扩散焊接方法

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技术领域

[0001]本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种真空扩散焊接方法。

背景技术

[0002]真空扩散焊技术是将待焊零件置于真空炉或真空环境中给予一定的温度及压力，使待焊表面相互接触，在压力作用下通过微观塑性变形而扩大待连接表面的物理接触，使结合材料在发生微小塑性变形和蠕变的同时经一定时间的原子间相互扩散形成可靠整体连接的一种先进焊接方法。压力是实现扩散焊接的必要条件，通过加压装置如油缸压头使待焊的回转类零件的焊接面进入挤压接触状态，逐渐消除表面微观不平，直至焊接面全部贴合。

[0003]如图1所示，将需要焊接的第一焊件1和第二焊件2放置在真空室中，第二焊件2套装在第一焊件1外，第一焊件1内设置胀芯6和胀瓣7，胀芯6为大端朝上的圆台形结构，以图1所示结构设置，在胀芯6的顶端通过压头施加力F且保持一定温度和压力一段时间后，第一焊件1和第二焊件2的接触面进入挤压接触状态并最终构成扩散焊接面3使第一焊件1和第二焊件2焊接。

[0004]由于第二焊件2的壁厚与焊接面的直径是正相关的关系，因此，为满足在压力F作用下第一焊件1与第二焊件2的焊接面进入挤压接触的状态，要求第二焊件2具有一定的壁厚和外圆尺寸从而能够达到较高的壁厚强度，但是这就导致上述现有的真空扩散焊技术适用范围小且成本高，加工周期长。发明内容

[0005]本发明提供一种真空扩散焊接方法，旨在解决现有的真空扩散焊接技术对第二焊件的尺寸要求较高，导致适用范围小的问题。[0006]本发明是这样实现的，一种真空扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，包括：[0007]将胀芯、胀瓣以及待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体，所述胀瓣套设所述胀芯，所述第一焊件套设所述胀瓣，所述第二焊件套设所述第一焊件，所述包套套设所述第二焊件，所述胀芯为小角度圆锥结构，所述胀瓣与所述胀芯为相同锥角套合结构，所述包套的线膨胀系数小于所述第二焊件的线膨胀系数，所述包套的屈服强度大于所述第二焊件的屈服强度，所述第一焊件与所述第二焊件之间以及所述第二焊件与所述包套之间分别留有间隙；

[0008]将所述第一装配体放置在一垫环上构成第二装配体，将所述第二装配体放置在一真空可加热环境中，在所述真空可加热环境中梯度升温加热所述第二装配体并在所述胀芯上施加压力，直至所述第一焊件和所述第二焊件的焊接温度并保温保压完成扩散焊接。[0009]进一步地，所述包套的线膨胀系数为所述第二焊件的线膨胀系数的0.8倍。[0010]更进一步地，所述包套的屈服强度大于二倍的所述第二焊件的屈服强度。[0011]更进一步地，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之

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前，还包括对所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤。[0012]更进一步地，在将待焊接的第一焊件和第二焊件放入一包套中构成第一装配体之前，还包括对待焊接所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套表面处理的步骤，使所述第一焊件、所述第二焊件和所述包套的粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。[0013]本发明提供的真空扩散焊接方法用于焊接回转类零件，将胀芯、分瓣结构的胀瓣以及待焊接的第一焊件和第二焊件相互套接后放入一包套中，第一焊件和第二焊件之间以及零件与包套之间保留一定的间隙，包套的线膨胀系数小于第二焊件的线膨胀系数，以此设置，在真空高温环境中实施扩散焊接的过程中，第二焊件会受热膨胀，但是由于其线膨胀系数小于包套的线膨胀系数，因此包套的膨胀程度会小于焊件的膨胀程度，在升温过程中包套与第二焊件之间的间隙会逐渐减小直至包套箍住第二焊件，同时，在胀芯上施加压力通过胀瓣传递至第一焊件，通过胀瓣和包套对第一焊件和第二焊件施加的内外两侧的挤压力使第一焊件的外圆面和第二焊件的内孔面实现扩散焊接。本发明的真空扩散焊接方法对外侧的第二焊件的壁厚和外圆尺寸要求较低，可以对壁厚较小的第二焊件用压头施加压力，适用范围广，加工成本低，还能够缩短加工周期。附图说明

[0014]图1是现有技术中对回转类零件的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图；[0015]图2是本发明实施例提供的真空扩散焊接方法的焊件装配示意图；[0016]图3是本发明实施例采用的真空扩散焊接方法的温度、时间和压力参数曲线图。[0017]图中标号分别表示：1-第一焊件，2-第二焊件，3-扩散焊接面，4-胀芯，5-胀瓣，6-包套，7-垫环，8-通孔。具体实施方式

[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019]本发明实施例提供一种真空扩散焊接方法，用于焊接回转类零件，参见图2，该方法包括：

[0020]将胀芯4、胀瓣5以及待焊接的第一焊件1和第二焊件2放入一包套6中构成第一装配体，胀瓣5套设胀芯4，第一焊件1套设胀瓣5，第二焊件2套设第一焊件1，包套6套设第二焊件2，胀芯4为小角度圆锥结构，胀瓣5与胀芯4为相同锥角套合结构。[0021]第一焊件1和第二焊件2的接触面为扩散焊接面3。第一焊件1和第二焊件2之间的间隙以及第二焊件2与包套6之间的间隙根据第一焊件1、第二焊件2和包套6材料的线膨胀系数进行调整，第二焊件与包套的间隙跟第二焊件的外圆尺寸、焊接温度及线膨胀系数差相关，使得在第一焊件1和第二焊接2的焊接温度下，第二焊件2与包套6的线膨胀系数差能够满足第二焊件2的外圆与包套的内孔正好接触，本发明实施例选择的范围为0.05mm～0.15mm，同时，进一步优选地，包套6的线膨胀系数为第二焊件2的线膨胀系数的0.8倍甚至更小，以保证在升温过程中包套6能够充分箍住第二焊件2，进而产生足够挤压第一焊件1和第二焊件2实现扩散焊接的压力。此外，为了保证第一装配体的结构强度，包套6的屈服强度

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大于第二焊件2的屈服强度，优选为大于第二焊件2二倍或更多倍数的屈服强度。第一焊件1、第二焊件2和包套8可以选用的材料为06Cr19Ni10、06Cr19Ni10和SiSiC复合材料(304不锈钢、304不锈钢和碳化硅复合材料)，SiSiC复合材料可以选用碳化硅与硅的复合材料。胀芯4和胀瓣5可以选用的材料为06Cr19Ni10和06Cr19Ni10(304不锈钢和304不锈钢)。[0022]将第一装配体放置在一垫环7上构成第二装配体，将第二装配体放置在一真空可加热环境中，在真空可加热环境中梯度升温加热第二装配体并在胀芯4上施加压力F，直至第一焊件1和第二焊件2的焊接温度并保温保压完成扩散焊接。[0023]垫环7中心可以开设通孔8，通孔8的直径小于第一焊件1的直径。第二装配体放置在一真空可加热环境中加热升温，真空可加热环境可以是真空炉或者其他真空热处理设备，梯度升温的温度和时间根据第一焊件1和第二焊件2材料的焊接温度进行相应设置，施加压力F的设备可以选用油缸压头。

[0024]为了确保第一焊件1和第二焊件2的扩散焊接效率，在将待焊接的第一焊件1和第二焊件2放入包套8中构成第一装配体之前，还包括对第一焊件1、[0025]第二焊件2和包套6表面处理的步骤，包括表面镀镍、再清洗、吹干进入装配，以及对第一焊件1和第二焊件2进行表面处理控制其粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm。[0026]下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。[0027]实施例[0028]参见图2，本发明实施例提供的真空扩散焊接方法包括：

[0029]将材料为06Cr19Ni10的第一焊件1和第二焊件2以及材料为SiSiC复合材料的包套6进行表面处理，使其粗糙度≤1.6μm，圆柱度≤0.03mm，再对其进行去油、清洗至材料金属本色并吹干。

[0030]将胀芯4、胀瓣5以及待焊接的第一焊件1和第二焊件2放入包套中构成第一装配体，胀瓣5套设胀芯4，第一焊件1套设胀瓣5，第二焊件2套设第一焊件1，包套6套设第二焊件2，第一焊件1与第二焊件2之间的间隙为0.08mm，包套6与第二焊件2之间的间隙为0.15mm。[0031]将第一装配体放置在垫环7上构成第二装配体，将第二装配体放置在一真空可加热环境中，在真空可加热环境中按照图3所示的温度、时间和压力参数梯度升温加热第二装配体并在胀芯4上施加压力F，直至第一焊件1和第二焊件2的焊接温度并保温保压完成扩散焊接。

[0032]该实施例得到焊接后的焊件的第一焊件1和第二焊件2之间的扩散焊接面3即焊缝未见裂纹、层状撕裂、孔穴、夹渣等缺陷，未见未熔合和未焊透。[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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说　明　书　附　图

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图3

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