本文涉及一種通過擴(kuò)散焊接連接金屬零件的方法，包括以下步驟：在要連接的相應(yīng)零件上的相對邊界表面之間建立接頭，在至少與接頭接壤的那些區(qū)域中將零件加熱到預(yù)定溫度，通過將零件壓在一起來連接零件， 并冷卻零件。

在優(yōu)點(diǎn)中，可以提到可以形成具有與基材非常相似的性能和微觀結(jié)構(gòu)的接頭，并且在工件的形式難以使用其他方法的情況下可以連接。此外，接頭可以具有最小的變形，無需連續(xù)加工或成型。

在缺點(diǎn)中可以提到的是，設(shè)備的成本通常非常高，這一事實(shí)限制了可以以經(jīng)濟(jì)方式擴(kuò)散焊接的零件的尺寸。此外，在真空或保護(hù)氣氛等環(huán)境中提供熱量和高壓縮力的必要性將在必要的設(shè)備方面引起嚴(yán)重問題，因此對該方法的適用性構(gòu)成重大限制。此外，人們認(rèn)為該方法需要非常仔細(xì)和徹底的表面處理，此外，它比傳統(tǒng)方法需要更多的時(shí)間。

這是通過上述類型的方法獲得的，其特征在于，開始時(shí)的接頭被賦予空腔的形式，該空腔的高度通常從外圍向中間增加，并且設(shè)置有至少一個(gè)連接導(dǎo)管，因?yàn)槭紫仍诩訜崞陂g接頭的空腔供應(yīng)惰性或還原性沖洗氣體，直到接頭沿其外圍緊密閉合，因?yàn)榇撕蠼宇^的腔可以通過連接導(dǎo)管置于真空下，并且此后接頭以預(yù)定的速度壓在一起以進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)散焊接。

通過所述形式的接頭，在方法開始時(shí)沿接頭的外圍獲得高表面壓力。因此，擴(kuò)散可以在如此低的溫度下沿著外圍開始，從而避免表面氧化。用惰性氣體沖洗可防止氧氣進(jìn)入，從而防止氧化。如果使用還原性氣體，則可以去除以前可能在接頭表面上形成的氧化物。以這種方式沿外圍關(guān)閉接頭后，這將表現(xiàn)為沖洗氣體不再逸出，可以將連接導(dǎo)管連接到真空源，以便將接頭置于真空之下。這將去除殘留氣體，并使氧化物和其他雜質(zhì)在溫度升高時(shí)在一定程度上解離。通過調(diào)整溫度和壓力，接頭可以同時(shí)快速閉合，從而可以在短時(shí)間內(nèi)完成擴(kuò)散焊接?？焖賶嚎s是有利的，因?yàn)樗诮雍蠀^(qū)域產(chǎn)生更高的壓力，這是由于材料的蠕變應(yīng)力隨著變形速度的增加而增加。

根據(jù)本文的一個(gè)有利特征，接頭的至少一個(gè)邊界表面沿周邊設(shè)置有鋸齒。這將確保沖洗氣體在連接的早期階段充分逸出。

此外，為接頭的至少一個(gè)邊界表面提供凹形是非常有利的。因此，在零件的最終壓縮過程中可以獲得有利的應(yīng)力分布，從而保證整個(gè)接頭的完全融合。

如果至少一個(gè)，優(yōu)選兩個(gè)邊界表面被賦予圓錐形形式，則獲得接頭的另一種有利形式。圓錐形更容易以足夠精確的方式加工，如果兩個(gè)表面都是圓錐形的，一個(gè)凸，另一個(gè)凹，當(dāng)它們壓在一起時(shí)，將在零件之間獲得自對準(zhǔn)效果。這種形式也將為完全融合提供良好的保證。

為了在壓縮過程中增加接頭區(qū)域中的接觸壓力，建議根據(jù)本發(fā)明減小接頭區(qū)域中零件的橫截面。因此，在接合區(qū)域獲得的壓力比材料在當(dāng)前溫度下的單軸蠕變應(yīng)力高幾倍，結(jié)果是更快、更好的擴(kuò)散。

可以使用幾種不同的惰性沖洗氣體，但氦氣是首選，因?yàn)樵谥圃爝^程中，氦氣被冷卻到幾乎可以保證無氧的溫度。此外，市售且可靠的氦氣探測器可用于控制在施加真空之前接頭的外圍是否絕對封閉。

如果改用還原性氣體進(jìn)行沖洗，氫氣將非常有利。它不僅可以去除任何氧化層，還可以目視觀察接頭是否關(guān)閉，因?yàn)槿魏涡孤┑臍錃舛紩诒砻嫔先紵?。氫氣不會對該方法連接的相對較軟的結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)生任何有害影響。

根據(jù)本文，還建議為接頭提供活化合金，即60/40鈀/鎳。這種合金可以作為薄條引入，也可以通過電鍍施加在一個(gè)或兩個(gè)邊界表面上。這將導(dǎo)致擴(kuò)散時(shí)間的減少。

用于供應(yīng)沖洗氣體或去除用于抽真空的氣體的連接導(dǎo)管，可以有利地布置在要連接的部件之一中，優(yōu)選地靠近其外圍。因此，在擴(kuò)散焊接后，可以通過深焊電極或等離子氬弧焊立即堵塞導(dǎo)管，同時(shí)零件的溫度仍然足夠高，例如 400 DEG-600 °C。

圖1示出了通過部分1和2的一部分，其可以是結(jié)構(gòu)鋼的螺栓，例如ST 52-3。圖1還可以可視化為示出通過厚壁管道的軸向截面，該管道的軸線位于圖的左側(cè)。在零件 1 和零件 2 之間形成一個(gè)接頭 3，該接頭由零件 4 上的凹彎曲邊界曲面 1 和零件 5 上的平面邊界曲面 2 邊界。連接導(dǎo)管6設(shè)置在部分1中，所述導(dǎo)管開口進(jìn)入接頭的空腔3，其另一端與沖洗氣體源和真空源交替連接（未示出）。箭頭 F 表示可變壓縮力，而零件 1 和 2 左側(cè)的鐘形曲線表示零件中的軸向溫度分布。

當(dāng)要連接部件時(shí)，首先將它們置于圖1所示的位置，并施加適當(dāng)?shù)膲嚎s力F。該力可以通過簡單的千斤頂系統(tǒng)（未示出）產(chǎn)生，例如可以在每個(gè)部件1、2上包括一個(gè)夾緊環(huán)，夾緊環(huán)通過液壓缸相互連接。當(dāng)然，可以根據(jù)零件的形式和橫截面設(shè)想其他形式。然后開始加熱，例如通過感應(yīng)線圈（未顯示）。同時(shí)，沖洗氣體通過連接管道6供應(yīng)。沖洗氣體將首先沿著接頭的外圍7泄漏，這是由于接頭邊界表面上的微小不規(guī)則或鋸齒。沖洗的目的是使氧氣遠(yuǎn)離接縫表面，以防止在加熱過程中氧化這些氧氣，也可能去除可能已經(jīng)存在的氧化物。無論焊接前邊界面4、5的清潔程度如何，即使短時(shí)間暴露在空氣中的氧氣中也會導(dǎo)致厚度為350-1000的氧化層。ANG.，取決于空氣溫度和濕度。

當(dāng)接頭7附近的材料溫度已達(dá)到600°C-800°C時(shí)，例如具有如圖1中示意性地示意圖所示的溫度分布，部件1、2之間的擴(kuò)散將在適當(dāng)?shù)膲嚎s力F下發(fā)生，使得接頭3沿周邊7閉合。這可以通過幾種方式記錄，例如氣體不再從接頭中泄漏出來，或者施加在接頭腔3上的壓力不再降低。

當(dāng)接頭因此沿其外圍閉合時(shí)，連接導(dǎo)管7連接到真空源，從而將腔內(nèi)的壓力降低到約6@-3托。同時(shí)，部件10、4的溫度如圖1中左邊的曲線示意性地建議的那樣升高，最高溫度約為2°C。在適當(dāng)?shù)膲嚎s力F下，接頭2將在幾秒鐘內(nèi)閉合。該結(jié)果示意性地顯示在圖1350中。完整的擴(kuò)散焊接將在 3-2 分鐘內(nèi)進(jìn)行。（然而，在大約15攝氏度的擴(kuò)散時(shí)間內(nèi)，擴(kuò)散時(shí)間短至30分鐘。此后，零件在低至約8°C的平靜空氣中冷卻，對于1350毫米的材料厚度，這將需要大約600分鐘。在此溫度下，連接導(dǎo)管可以堵塞，即通過深焊電極或等離子TIG焊接。

圖3示出了具有與圖1相同的外觀形式的兩個(gè)部件2和1。但是，這里的焊接接頭3具有不同的形式，其邊界面4和5都是圓錐形的，一個(gè)是凹的，另一個(gè)是凸的。頂部角度不同，因此接頭的厚度將向中間增加。接縫面頂點(diǎn)之間的距離可以達(dá)到零件10，1厚度的2%左右。邊界面4，5的圓錐形使零件1，2在壓在一起時(shí)自對準(zhǔn)。圓錐形還有助于避免接頭中間的擴(kuò)散不足，如果下邊界面5是平面的，而上邊界面4是圓錐形的，則很容易發(fā)生。

否則，部件1、2的連接方式與圖1和圖2所示的方式相同。最終結(jié)果示意性地如圖4所示。

擴(kuò)散焊接過程中的壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，很難控制。根據(jù)前面提到的焊接手冊，假設(shè)在任何時(shí)候的溫度下，如果不使用防止漂浮的形式，壓力不能高于材料的單軸蠕變應(yīng)力。使用這種表格很麻煩，而且成本增加，在某些應(yīng)用程序中，由于無法獲得這種表格，這種表格無法使用。由于擴(kuò)散速度通常隨壓力的平方而增加，通過將壓力增加到蠕變應(yīng)力的兩倍或三倍，可以將擴(kuò)散時(shí)間分別降低到單軸壓力相應(yīng)擴(kuò)散時(shí)間的四分之一或九分之一左右?；蛘撸梢栽试S在接縫表面上使用更多的氧化物，從而可能消除用還原性氣體沖洗接頭。

為了獲得這樣的高壓，本發(fā)明旨在建立接頭區(qū)域的三軸應(yīng)力條件。眾所周知，在較厚的測試棒的拉伸測試中，剪切變形會發(fā)生收縮，最終在中間區(qū)域發(fā)生解理斷裂。這種解理斷裂是由于中間的軸向張力遠(yuǎn)高于材料的屈服應(yīng)力引起的，材料兩側(cè)的收縮通過徑向應(yīng)力阻止。因此，軸向應(yīng)力增加，當(dāng)軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力之差小于屈服應(yīng)力時(shí)，屈服下降（Trescas 原理）。

根據(jù)本文，一種旨在利用三軸現(xiàn)象，通過使零件1，2與相鄰材料相比在接合區(qū)域具有實(shí)質(zhì)性收縮。在這個(gè)例子中，氫氣被用作沖洗氣體，沿著接頭周邊指示的火焰證明了這一點(diǎn)。

當(dāng)火焰消失時(shí)，人們知道接頭是閉合的，即在這方面不必使用任何形式的檢測設(shè)備。當(dāng)接頭沿邊緣縮小和閉合時(shí)，施加全壓縮力將使接頭在非常復(fù)雜的動態(tài)特征應(yīng)力圖下閉合。由于收縮和相對較冷的周圍材料，恰好在閉合力矩處的三軸應(yīng)力條件將產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)的橫向應(yīng)力，該應(yīng)力是相同厚度零件蠕變應(yīng)力的 5-6 倍。這種情況如圖6所示。接下來，用相對較小的力將零件壓在一起，直到它們在整個(gè)長度上獲得大致相同的橫截面，如圖7所示。

因此，人們在焊接零件中獲得了正確的形狀，而無需使用外部形式，在決定階段具有非常高的接觸壓力，并且可能存在的氧化物分布使面積增加一倍或更多，氧化層相應(yīng)變薄并增加球狀轉(zhuǎn)化率，包括加速重結(jié)晶。

當(dāng)達(dá)到所需厚度時(shí)，可以消除壓縮力并保持?jǐn)U散時(shí)間和溫度，直到通過重結(jié)晶關(guān)閉殘余孔。如果需要更快的連接，可以通過電鍍接縫表面或在接頭中引入活化合金條（例如Pd/Ni 60/40）來實(shí)現(xiàn)。