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CN107127441A - 一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法 - Google Patents

一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法 Download PDF

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CN107127441A
CN107127441A CN201710458872.6A CN201710458872A CN107127441A CN 107127441 A CN107127441 A CN 107127441A CN 201710458872 A CN201710458872 A CN 201710458872A CN 107127441 A CN107127441 A CN 107127441A
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copper alloy
structural steel
diffusion welding
welding method
workpiece
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张铀
黄雄
黄一雄
陈海生
杨洁
苏伟
曾利
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No 5719 Factory of PLA
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    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，包括：a、对接表面预处理：将结构钢与铜合金工件的对接表面进行粗糙度加工，加工后用有机溶剂清洗；b、扩散焊前处理：将a步骤预处理后的结构钢与铜合金工件固定，加压，使工件之间的压力为7～13MPa；c、扩散焊处理：对b步骤处理后的工件进行加热，加热温度为860～900℃，加热时间为30～60min，取出，冷却，即得。本发明具有工序简洁、成本低、操作简单、易于机械化、接头拉伸强度大以及扩散层厚度大的优点。

Description

一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法
技术领域
本发明涉及金属材料焊接技术领域，具体涉及一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法。
背景技术
扩散焊通常采用专用设备，如带液压系统的真空炉、热等静压扩散焊炉等，设备构造复杂，价格昂贵；影响扩散焊质量的主要工艺参数是压力、温度及保温时间，压力一般是通过机械加压或气体加压来实现的。鲜见结构钢与铜合金扩散焊的公开报道。
Diffusion bonding of 410 stainless steel to copper using a nickelinterlayer，Sabetghadam，Materials Characterization 61 ( 2010 ) 626 – 634 410，公开了一种410不锈钢与铜合金，在专用的真空扩散炉中，压力为12 MPa、温度在（800～950）℃范围内保持60 min后的试验结果，发现扩散层厚度在7.9μm～13.4μm之间，当扩散温度为900℃时，其扩散接头的拉伸强度最高，达到140 MPa。
Impulse pressuring diffusion bonding of a copper alloy to a stainlesssteel with/without a pure nickel interlayer，Xinjian Yuan，Materials and Design52 (2013) 359–366.，公开了一种不锈钢与铜合金扩散焊试验，在压力为（5～20）MPa、温度850℃、保温时间（5～20）min条件下，采用预镀12.5 μm镍层时，接头拉伸强度可达到217.2MPa，不采用镍层时，则仅有174.2 MPa。
从上述文献中可以得出，现有的钢与铜合金的扩散焊都是采用真空炉保温，且需要过渡层来提高接头的拉伸强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作便捷、工序简洁、焊接接头拉伸强度大的结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法。
本发明一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，包括如下步骤：
a、对接表面预处理：将结构钢与铜合金工件对接表面进行粗糙度加工，加工后用有机溶剂清洗；
b、扩散焊前处理：将上述预处理后的结构钢与铜合金工件固定，加压，控制工件间压力为7～13MPa；
c、扩散焊处理：对b步骤处理后的工件进行加热，加热温度为860～900℃，加热时间为30～60min，取出，冷却，即得。
进一步的，上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其中a步骤中将结构钢与铜合金工件对接表面粗糙度加工至＜0.003 mm。
上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其中a步骤中所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇中的一种。
进一步的，上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，所述有机溶剂优选为丙酮。
上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其中b步骤中采用液压机进行加压。
进一步的，上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，采用液压机进行加压，具体为：具体为：将结构钢与铜合金对接，上下固定在压紧夹具中，通过液压机加压至P，拧紧压紧螺栓，使液压机压力显示下降至P′，此时工件之间的压力为P -P′；其中，P≥13MPa，7MPa≤P-P′≤13MPa。
上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其中c步骤中采用空气炉进行加热。
进一步的，上述一种结构钢与合金对接接头的扩散焊方法，其中c步骤中加热温度为880℃，加热时间为45min。
进一步的，上述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其中c步骤中采用油淬方式进行冷却。
本发明的有益效果是：本发明通过液压机提供初始压力，无需真空炉，对扩散焊炉的选择无限制；本发明无需预渡过渡层，减少生产工序，降低生产成本；本发明中扩散焊得到的接头拉伸强度≥200MPa，扩散层厚度≥20μm；本发明选用油淬冷却，操作简单，易于实现机械化，淬火应力小。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
某型航空发动机滑靴组件，材料为ZCuSn10Pb2Ni3铜锡合金和30Cr3MoA结构钢，圆面对接，直径φ18 mm。
将结构钢与铜合金工件对接表面进行粗糙度加工，加工后工件表面粗糙度为0.002mm，用丙酮清洗2～3遍，将工件上下对接装于压紧夹具中，通过液压机对压紧夹具加压至13 MPa，拧紧螺栓施压，使液压机压力显示值降至5.5 MPa，即工件间的压力为7.5MPa，然后将工件和压紧夹具一起放入空气炉中，加热至860 ℃，保温30 min后取出油淬冷却。
其扩散焊接头的拉伸强度为213 MPa，扩散层厚度为20.8 μm。
实施例2
某型航空发动机滑靴组件，材料为ZCuSn10Pb2Ni3铜锡合金和30Cr3MoA结构钢，圆面对接，直径φ18 mm。
将结构钢与铜合金工件对接表面进行粗糙度加工，加工后工件表面粗糙度为0.0015mm，用乙醇清洗2～3遍，将工件上下对接装于压紧夹具中，通过液压机对压紧夹具加压至14 MPa，拧紧螺栓施压，使液压机压力显示值降至3 MPa，即工件间的压力为11 MPa，然后将工件和压紧夹具一起放入空气炉中，加热至900℃，保温40 min后取出油淬冷却。
其扩散焊接头的拉伸强度为220 MPa，扩散层厚度为22. 2μm。
实施例3
某型航空发动机滑靴组件，材料为ZCuSn10Pb2Ni3铜锡合金和30Cr3MoA结构钢，圆面对接，直径φ18 mm。
将结构钢与铜合金工件对接表面进行粗糙度加工，加工后工件表面粗糙度为0.001mm，用丙酮清洗2～3遍，将工件上下对接装于压紧夹具中，通过液压机对压紧夹具加压至15MPa，拧紧螺栓施压，使液压机压力显示值降至5.5 MPa，即工件间的压力为9.5 MPa，然后将工件和压紧夹具一起放入空气炉中，加热至880 ℃，保温45min后取出油淬冷却。其扩散焊接头的拉伸强度为217MPa，扩散层厚度为21.2 μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、对接表面预处理：将结构钢与铜合金工件对接表面进行粗糙度加工，加工后用有机溶剂清洗；
b、扩散焊前处理：将a步骤预处理后的结构钢与铜合金工件固定，加压，控制工件间压力为7～13MPa；
c、扩散焊处理：对b步骤处理后的工件进行加热，加热温度为860～900℃，加热时间为30～60min，取出，冷却，即得。
2.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，a步骤中将结构钢与铜合金工件对接表面粗糙度加工至＜0.003 mm。
3.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇中的一种。
4.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，b步骤中采用液压机进行加压。
5.根据权利要求4所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，采用液压机进行加压，具体为：将结构钢与铜合金对接，上下固定在压紧夹具中，通过液压机加压至P，拧紧压紧螺栓，使液压机压力显示下降至P′，此时工件之间的压力为P -P′；其中，P≥13MPa，7MPa≤P-P′≤13MPa。
6.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，c步骤中采用空气炉进行加热。
7.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，c步骤中加热温度为880℃，加热时间为45min。
8.根据权利要求1所述一种结构钢与铜合金对接接头的扩散焊方法，其特征在于，c步骤中采用油淬方式进行冷却。
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