CN102500910B - 一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，该方法是将需扩散焊连接的两个待焊件先加工成相互配合的形状，保证结合面良好的配合关系和表面质量，将需扩散连接的两个构件装配起来使连接面紧密贴合或采用辅助的工艺措施，然后采用钎焊、扩散焊、激光熔覆、电磁脉冲焊接，对结合面的四周进行封焊。封焊后的将零件置于热等静压炉内加温加压，实现连接面的最终焊接。本发明新材料及特种结构的可靠焊接提供的新的技术途径。

Description

一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法

技术领域：

本发明是一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，属于热等静压扩散焊接技术领域。

背景技术：

近年来随着材料科学的发展，新材料不断涌现，在生产应用中，经常遇到新材料本身或与其它材料的连接问题。如陶瓷、金属间化合物、粉末冶金及单晶合金等，用传统的熔焊方法，很难实现可靠的连接。而一些特殊的高性能构件的制造，往往需要把性能差别较大的异种材料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃、金属间化合物与金属等连接在一起，这用传统的熔焊方法也难以实现。为了适应这种要求，扩散焊接技术引起了人们的重视，成为焊接领域的研究热点。这种技术已广泛应用于难焊材料及异种材料间的焊接，其中异种金属，陶瓷/金属异种材料焊接构件在航空航天领域具有广泛的应用前景。

扩散焊接是压力焊的一种，它是指在相互接触的表面，在高温和压力的作用下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形，经一定时间后，结合层原子间相互扩散而形成整体的可靠连接的过程。温度、压力、时间是扩散焊接的主要参数。一般的扩散焊工艺所需的压力通过单向的机械压力来实现，例如两平板的扩散焊接可通过工装施加垂直于焊接面的机械压力来实现。机械压力通常是通过扩散焊设备的液压***的油缸-活塞***使压头产生一位移，作用在工装及工件上来实现的，也可通过螺旋机构实现加压。但单向的加压***具有很大的局限性，对于结构复杂的、需多项加压的、由于结构原因难于施压的、需加压面积较大的、以及易于变形的结构等常规扩散焊已不能适应，为此发展了热等静压扩散焊工艺。

热等静压(HIP)技术是将待压工件置于高压容器中，利用气体介质等均匀传递压力的性质从各个方向对工件进行均匀加压，同时加温，在温度和压力的作用下实现材料加工的技术。热等静压主要用于粉末冶金行业，用于高性能的粉末材料制品的成型，如粉末冶金高温合金、粉末冶金高速钢、硬质合金、陶瓷材料等的生产。随着热等静压技术的发展，该技术也被用于材料的致密化处理，扩散连接等领域。

一般的热等静压技术需要一密封的包套将被加工材料(如金属粉末)密封在一封闭的空间内，将被包套封闭的待加工材料置于热等静压炉内，炉内的高压气体对包套及其密封空间形成均匀的压力，通过包套对被加工材料施加各向均匀的挤压力，包套变形，使材料致密化。将两种块体材料置于一个包套内，通过热等静压即可将两块体材料接触部位施加压力，实现扩散焊接。

由热等静压的原理可知，形成热等加压效果的前提是被压材料必须形成一封闭的密封空间，通常采用包套技术形成所需的密封空间，但也可以利用被压材料本身的致密性和密封性，采用无包套技术对材料进行致密化处理，或利用被压材料本身对希望加压的空间实现封焊，实现对封焊区域的施压。例如两块大小相同的正方体钢块，将其中两面对齐贴合，然后在真空环境下采用电子束焊对贴合的缝隙周边进行封焊焊接，这样在贴合面形成密封空间，然后在热等静压炉内加温，加压，即可以实现两正方体钢块贴合面的扩散连接。

航空、航天等行业对异种材料及特种结构的焊接技术需求非常强烈，其中热等静压扩散焊技术是最有希望的技术手段之一。然而对于结构复杂的异型结构，对其施加完全吻合的包套几乎是不可能的，因此，采用无包套的热等静压扩散焊技术成为复杂结构的扩散焊的首选技术方案。无包套的热等静压扩散焊技术必须进行封焊，但是，由于焊接时焊缝开裂等原因，其封焊技术存在很大难度，因此，解决可靠封焊问题成为无包套热等静压扩散焊技术成功应用的前提。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，其目的是解决无包套封焊，为热等静压扩散焊提供保障。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，其特征在于：把两个待焊件按配合关系装配起来，使连接面互相吻合，然后对两待焊件连接面外露缝隙周圈进行封焊，封焊采用以下方法之一：

⑴在一个待焊件的连接面周边加工辅助的凸沿，对两个待焊件施加垂直焊接面的压力，并加温，使凸沿优先发生塑性变形，并通过扩散焊将凸沿与另一个待焊件相对应的位置焊接起来，并使两个待焊件的主焊接面得到大面积接触；

⑵对于两个大面积焊接的待焊件，沿两个待焊件的连接面周边夹入辅助的垫片，对两个待焊件施加垂直焊接面的压力，并加温，使垫片优先发生塑性变形，并通过扩散焊将垫片上、下待焊件相对应的位置焊接起来，并使两个待焊件的主焊接面得到大面积接触；

⑶在两个待焊件的连接面周边覆盖环状垫片，采用扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法将环状垫片与两个待焊件上、下面相接触的部位同时焊接起来；

⑷在两个待焊件的连接面周边放置一辅助块，通过扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法同时把辅助块与两个待焊件相接触的部位同时焊接起来；

⑸对两个待焊件的连接面周边采用粉末激光熔覆的方法进行焊接，利用粉末激光熔覆形成的堆覆对两个待焊件的连接面缝隙进行覆盖。

本发明技术方案是将需扩散焊连接的两个待焊件先加工成相互配合的形状，保证结合面良好的配合关系和表面质量，将需扩散连接的两个构件装配起来使连接面紧密贴合或采用辅助的工艺措施，然后采用钎焊、扩散焊、激光熔覆、电磁脉冲焊接，对结合面的四周进行封焊，将封焊后的组件放入热等静压设备中，加温、加压实现扩散连接。

本发明技术方案的优点是采用特种焊接工艺，包括钎焊、扩散焊、激光熔覆、电磁脉冲焊接，并辅助相应的结构件，解决了电弧焊、电子束焊、激光焊等熔焊方法难以实现可靠封焊问题，可以获得优质的封焊效果，为零件的热等静压扩散焊接提供了保障。

附图说明

图1～图8为本发明技术方案的实施例的封焊方式的示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

该种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，其特征在于：把两个待焊件1按配合关系装配起来，使连接面互相吻合，然后对两待焊件1连接面外露缝隙周圈进行封焊，封焊采用以下方法之一：

⑴参见附图1～2所示，在一个待焊件1的连接面周边加工辅助的凸沿2，凸沿厚度0.1～2.0mm，最佳厚度0.2～1.0mm，对两个待焊件1施加垂直焊接面的压力，并加温，使凸沿2优先发生塑性变形，并通过扩散焊将凸沿2与另一个待焊件1相对应的位置焊接起来，并使两个待焊件1的主焊接面得到大面积接触；

⑵参见附图3所示，对于两个大面积焊接的待焊件1，沿两个待焊件1的连接面周边夹入辅助的垫片3，对两个待焊件1施加垂直焊接面的压力，并加温，使垫片3优先发生塑性变形，并通过扩散焊将垫片3上、下待焊件1相对应的位置焊接起来，并使两个待焊件1的主焊接面得到大面积接触；

⑶参见附图4～5所示，对于两个套装在一起的两个待焊件1所形成的环形柱状面，在两个待焊件1的连接面周边覆盖环状垫片4，采用扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法将环状垫片4与两个待焊件1上、下面相接触的部位同时焊接起来；

⑷参见附图6所示，在两个待焊件1的连接面周边放置一辅助块5，通过扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法同时把辅助块5与两个待焊件(1)相接触的部位同时焊接起来；

⑸参见附图7～8，对两个待焊件1的连接面周边采用粉末激光熔覆的方法进行焊接，利用粉末激光熔覆形成的堆覆6对两个待焊件1的连接面缝隙进行覆盖，堆覆6与件1、件2均可形成致密的原子结合，完成封焊。

上述实施例中，垫片3、环状垫片5和辅助块5可以采用与待焊件1相同的材料制成，也可以选用Ni、Fe、Ag、Cu、Al等易焊接材料。辅助结构焊接后加工去除即可。

本发明技术方案可以用于燃气涡轮发动机用双合金整体叶盘、空心涡轮盘的制造。

与现有技术相比，本发明提出一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，通过采用机械压力扩散焊、激光熔覆、电磁脉冲焊接等特殊工艺方法及辅助工艺措施实现对焊接面的封焊，然后将封焊后的零件置于热等静压炉内加温加压，实现连接面的最终焊接。本发明新材料及特种结构的可靠焊接提供的新的技术途径。

Claims (1)

1.一种采用无包套封焊的热等静压焊接方法，其特征在于：该方法采用以下过程之一：

过程一：

对于焊接面是大小一致的平面的两个待焊件(1)，在一个待焊件(1)的连接平面的周边加工辅助的凸沿(2)，凸沿厚度为0.2～1.0mm，将另一个待焊件(1)的连接平面放置在凸沿(2)上，对两个待焊件(1)施加垂直焊接面的压力，并加温，使凸沿(2)优先发生塑性变形，并通过扩散焊将凸沿(2)与另一个待焊件(1)相接触的位置焊接起来，使两个待焊件(1)的主焊接面得到大面积接触，实现对焊接面的封焊，然后将封焊后的零件置于热等静压炉内加温加压，实现连接面的最终焊接；

过程二：

对于焊接面是大小不一致的平面的两个待焊件(1)，将两个待焊件(1)的焊接面贴合，用辅助块(5)覆盖在焊接面形成的台阶状缝隙上，采用扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法同时把辅助块(5)与两个待焊件(1)相接触的部位同时焊接起来，实现对焊接面的封焊，然后将封焊后的组合件置于热等静压炉内加温加压，实现连接面的最终焊接，之后去除辅助块(5)；

过程三：

对于焊接面是环形柱面的两个待焊件(1)，所述焊接面是一个待焊件(1)的环形柱面的内表面与另一个待焊件(1)的环形柱面的外表面，将两个待焊件(1)套装在一起，两者的焊接面贴合，两端面平齐，在组合件的两端，分别用环状垫片(4)覆盖在焊接面形成的缝隙上，采用扩散焊、钎焊或电磁脉冲焊的方法将环状垫片(4)与两个待焊件(1)两端面相接触的部位同时焊接起来，实现对焊接面的封焊，然后将封焊后的组合件置于热等静压炉内加温加压，实现连接面的最终焊接，之后去除环状垫片(4)；

上述辅助块(5)和环状垫片(4)采用与待焊件(1)相同的材料制成，或用Ni、Fe、Ag、Cu、Al材料制成。