6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺

6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺扩散焊是指将紧密接触的焊件置于真空或者保护气体中，并在一定温度和压力下保持一段时间，使接触界面间的原子相互扩而实现可靠连接的一种固相的焊接方法。一、内容编制扩散焊焊接方法的焊接工艺二、任务 6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺三、原始资料试件材料 3A21 和 Q235 试件尺寸 300mm×100mm×6mm 四、设计任务 1.母材母材选用3A21铝合金和Q235号钢 3A21铝合金为AL-Mn系合金，是应用最广泛的一种防锈...

6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺扩散焊是指将紧密接触的焊件置于真空或者保护气体中，并在一定温度和压力下保持一段时间，使接触界面间的原子相互扩而实现可靠连接的一种固相的焊接方法。一、内容编制扩散焊焊接方法的焊接工艺二、任务 6mm 3A21+Q235真空扩散焊焊接工艺三、原始资料试件材料 3A21 和 Q235 试件尺寸 300mm×100mm×6mm 四、设计任务 1.母材母材选用3A21铝合金和Q235号钢 3A21铝合金为AL-Mn系合金，是应用最广泛的一种防锈铝，这种合金的强度不高，不能热处理强化，故采用冷加工的方法来提高它的力学性能:在退火状态下有很好的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低。耐腐蚀性好，焊接性良好，可切削性能不良，主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性。(见表1) 表1 3A21铝合金的主要成分材料 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al 3A21 0.60 0.70 0.20 1.0-1.6 0.05 0.15 0.10-0.20 余量 Q235号钢为Q235号碳素钢结构，该钢不经过热处理直接进行使用，可用于各种模磨具把手及其他不重要的磨具零件。本次原料用钢为6mm板厚3A21+Q235用钢，尺寸为300mm×100mm×6mm 2.焊接材料的选择及技术状况(中间层) 选用异种金属为3A21+Q235钢，中间层为Cu、Ni。因为这两种金属能形成无限固溶体，Ni与Fe，Ni与Al能形成连续性固溶体，这样就能防止界面出现Fe-Al金属化合物，提高接头的性能，Cu对钢与铝扩散焊接的接头的强度影响大，下面为该两种异种金属的扩散焊焊接参数。 3.焊前准备焊前需要对工件进行打磨去锈，因为扩散焊是使焊件紧密接触的原理，必须第 1 页共 5 页使两工件之间的缝隙做到最小化，因此对两工件的表面粗糙度要求很大。 4.焊接设备本次真空扩散焊焊机的机型为Workhorse II 型真空扩散焊焊机，该设备的特点是采用Leybold系列D40B真空机械泵的全自动真空系统，加热加压冷却采用数字程序控制，能自动调节，有计算机接口，由Honeywell UDC-2000数字指示仪控制过热温度指示，有Honeywell UCD-3000控制柱塞行程，并进行数字显示，下面为该焊机的主要机械构件和性能指标。(见图1) 图1 Workhorse II 型真空扩散焊焊机扩散焊接设备一般包括加热系统，加压系统(在加热加压过程中，保护工件不被氧化的真空或可控气氛)和控制系统等。(见图2，表3) (1) 加热系统按加压的方式可分为感应加热，辐射加热，接触加热，常采用感应加热或者电阻加热的方法对焊件进行局部或整体加热。高频感应扩散焊焊接设备采用高频电源加热，工件频率为60~500kHz，由于集肤效应的作用，该频率区间的设备只能加热较小的工件。对于较大或者较厚的工件，为了缩短感应加热时间，最好选用600~1000Hz的低频焊接设备。在焊接非导电的陶瓷等材料时，应采用间接加热的方法，可在工件与感应线圈之间加圆筒状石墨导体，利用石墨导体产生的热量进行焊接解热。 (2) 加压系统为了使被焊件之间达到紧密接触，扩散焊时要施加一定的压力，高温下材料的屈服强度降低，为避免焊件的整体变形，加压知识使接触面产生微观的变形。第 2 页共 5 页加压系统分为液压系统、气压系统、机械系统、热膨胀加压等。在自动控制压力的扩散焊设备上一般装有传感器，以实现压力的测量和控制。 (3) 保护系统为了保护焊件焊接时的质量，目前扩散焊设备常采用真空保护。真空系统通常由扩散泵和机械泵组成。真空室的大小应根据焊件的尺寸确定，真空室越大，要达到和保持一定的真空度对所需真空系统要求就越高。真空室中应有耐高温的材料围成均匀的加热区，以保持设定的温度，真空室外壳需要冷却。 (4) 控制系统控制系统主要是实现温度、压力、真空度及时间的控制，少数设备还可以实现位移测量及控制。压力的测量与控制通常是通过压力传感器进行的。控制系统多采用计算机编程自动控制，可以实现焊接参数显示、储存、打印等功能。五、焊接工艺参数的确定 (见表2) 表2 扩散焊焊接工艺参数异种金属中间层加热温度/? 保温时间/min 压力/Mpa 真空度/Pa 3A21+Q235钢 Cu、Ni 550 2-20 13.7 1.33×10 图2 Workhorse II 型真空扩散焊焊机主要机械构件表3 Workhorse II 型真空扩散焊焊机主要性能指标极限真空炉膛尺寸最大压力加热功率气氛环型号最高炉温/? 度/Pa /mm /KN /KVA 境 Workhorse 304×304N2，Ar， 5×10 1350 300 45 II 型 ×457 真空第 3 页共 5 页 (见图3) 图3 夹紧装置示意图 (1)焊接温度焊接温度是扩散焊最重要的参数，焊接温度越高，扩散系统越大，金属的塑性变形能力越好，焊件表面达到紧密接触所需的压力越小，所获得的接头强度越高，焊接温度的选择要考虑母材成分，表面状态，中间层材料以及相变因素，经试验结果看一半扩散温度大都在0.6-0.8Tm(Tm为母材的熔点，异种材料限制焊接时Tm，为熔点较低一侧母材的熔点)最适合的温度一半取接近0.7Tm。 (2)焊接压力扩散焊焊接时施加的压力的主要作用是促使焊件表面产生塑性变形并达到紧密接触的状态，使界面的原子激活，加速扩散与界面孔间的弥合及消失，防止扩散孔间的产生。压力越大，温度越高，紧密接触的面积也越大。但是不管压力多大，在扩散焊的第一阶段焊接表面无法达到100%的紧密接触状态，总有一小部分局部未接触的区域演变成界面孔洞。因此，在加压变形阶段，就要设法使绝大部分焊接表面达到紧密接触状态。 (3)扩散焊接时间扩散焊接时间又称保温时间，是指被焊件在焊接温度下保持的时间，扩散焊所需的保温时间与温度、压力、中间扩散层得厚度，接头成份及组织均匀化的要求密切相关，也受材料表面状态和中间层材料的影响。 (4) 环境气氛扩散焊一般是在真空或者保护气体环境下进行。真空度，保护气体纯度，流量和压力等均匀会扩散焊接接头质量，真空度越高净化作用越强，焊接效果越第 4 页共 5 页好。扩散焊中常采用的保护气是Ar气。对于有些材料也可以采用高纯度的N2、H2、或者He气。 (5) 表面状态焊接表面的平面度和粗糙度是影响扩散焊焊接接头质量的重要因素，扩散焊时焊接表面应光滑平整，一般焊前先进行机械加工，然后去除加工表面的油、锈及表面氧化物。六、操作要点及安全注意事项 (1)焊件在焊接前一定进行表面清洁处理包括机械加工，净化处理。 (2)中间层选择Cu，Ni，为了增强焊件之间的接头强度。 (3)焊接工艺参数不得有误。 (4)焊后清理，包括焊后焊机及焊接地面的卫生清理，焊件表面也要清理干净。七、参考文献 [1]曹朝霞主编. 特种焊接技术. 北京:机械工业出版社.2009.2 第 5 页共 5 页

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