本發(fā)明涉及異種金屬焊接，尤其涉及一種銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法。

背景技術(shù)：

1、銅作為一種擁有優(yōu)異的物理化學(xué)性能的金屬材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，且抗磁性能力強(qiáng)，是絕佳的中板材料。但是銅的強(qiáng)度低，無法成為一些起到連接和固定作用的需要承受高載荷的零部件。合金鋼具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及連接性，非常適用于高精度高強(qiáng)度的工作環(huán)境，但其導(dǎo)熱性較差且導(dǎo)電性和抗磁性能力一般。而銅-合金鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅具有合金鋼良好的機(jī)械性能和連接性，且還擁有銅優(yōu)良的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和抗磁性，因此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸、消費性電子產(chǎn)品、新能源、電力等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、目前銅排-合金鋼轉(zhuǎn)軸的焊接方法主要有摩擦焊、爆炸焊、釬焊、擴(kuò)散焊和激光焊等。采用摩擦焊時焊縫質(zhì)量穩(wěn)定但焊接效率低，爆炸焊無法滿足對焊接面變形量要求高的產(chǎn)品，雖然釬焊可實現(xiàn)銅-合金鋼異種金屬之間的焊接，且焊接接頭質(zhì)量良好，但是，焊縫處容易受到焊接工件尺寸的影響，且焊接效率低，不環(huán)保。激光焊接過程復(fù)雜受焊接速度、激光功率、功率密度、脈沖寬度、離焦量等因素的影響。擴(kuò)散焊是在真空條件或者在保護(hù)氣氛爐內(nèi)加熱，在保溫過程中，銅和合金鋼的表面微觀的不平在高溫和高壓力下產(chǎn)生塑性變形從而緊密接觸，在保溫過程中原子間的相互擴(kuò)散而實現(xiàn)銅和合金鋼的焊接過程，焊接過程不會產(chǎn)生氧化物和其他雜質(zhì)，從而保證了焊接接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度。

3、cn116689929a公開了一種銅和不銹鋼的熱等靜壓擴(kuò)散連接方法及一種銅和不銹鋼焊接板，所述銅和不銹鋼的熱等靜壓擴(kuò)散連接方法包括以下步驟：步驟1：將銅和不銹鋼的待連接面表面處理使帶連接面光滑無雜質(zhì)；步驟2：將步驟1得到的銅和不銹鋼進(jìn)行包套包裝并真空密封；步驟3：將步驟2得到的包套進(jìn)行熱等靜壓擴(kuò)散連接得到成品；其中，所述步驟2的具體步驟為：將銅和不銹鋼裝入包套中裝配連接，然后送入真空脫氣爐內(nèi)升溫至300-350℃，保溫3-5h，在此過程中對包套進(jìn)行抽真空形成密封。但所得焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)度和焊接面結(jié)合率不穩(wěn)定。在銅和不銹鋼與包套之間鋪設(shè)石墨紙，雖可防止銅和不銹鋼與包套產(chǎn)生粘連但是高溫高壓下石墨紙對焊縫有一定程度的污染，從而降低焊接質(zhì)量。焊接前表面處理過程中對銅和不銹鋼的待連接面進(jìn)行拋光打磨平整并用稀鹽酸或稀硫酸將待連接面浸洗，再用酒精多次沖洗，忽略了銅易氧化，焊接前若未充分烘干水分，將影響焊接質(zhì)量。脫氣過程中過低的升溫溫度和保溫時間不能完全去除包套內(nèi)的氧氣和水汽，降低了焊接接頭的抗拉強(qiáng)度和焊接面結(jié)合率。

4、cn116748738a公開了一種連接鉻鋯銅與不銹鋼的擴(kuò)散焊釬料及擴(kuò)散焊方法，釬料為ni-cr-b-si-p合金釬料，其組分按百分重量比包括：cr?4％-6％，b0.5％-0.6％，si?1％-1.5％，p?0.5％-3％，余量為ni。該合金釬料作為連接材料，在一定真空度和壓力下，在860℃-930℃保溫3-5分鐘，實現(xiàn)了鉻鋯銅與不銹鋼的擴(kuò)散釬焊連接。利用ni-cr-b-si-p合金釬料，通過噴涂、裝配的方式，在鉻鋯銅主體與不銹鋼主體的配合面擴(kuò)散形成液相，實現(xiàn)了鉻鋯銅與不銹鋼的擴(kuò)散釬焊連接。主要缺點是對鉻鋯銅主體及不銹鋼主體的裝配表面噴涂釬料過程復(fù)雜，噴涂角度和涂層厚度難以控制。

5、而且，上述擴(kuò)散焊方法并不適合焊接處理焊接面是曲面的異種金屬。因此，開發(fā)一種適合銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法，通過在焊接前對銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸進(jìn)行表面處理，利用高溫脫氣充分去除不銹鋼包套內(nèi)的水分和氧氣，防止產(chǎn)生氧化物和其他雜質(zhì)，經(jīng)過熱等靜壓擴(kuò)散焊接使銅排、合金鋼轉(zhuǎn)軸的焊接面原子結(jié)合，實現(xiàn)焊接接頭致密穩(wěn)定、抗拉強(qiáng)度高。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法，所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法包括如下步驟：

4、(1)分別對銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸進(jìn)行表面處理，得到處理后銅排和處理后合金鋼轉(zhuǎn)軸；

5、(2)將處理后銅排和處理后合金鋼轉(zhuǎn)軸裝配后放入包套中，進(jìn)行包套焊接；

6、(3)依次進(jìn)行脫氣處理和熱等靜壓擴(kuò)散焊接后，去包套，經(jīng)機(jī)加工得到成品；

7、所述脫氣處理的升溫過程分兩個階段，第一階段以3～5℃/min的升溫速度升溫至100～200℃；第二階段以3～5℃/min的升溫速度升溫至480～550℃。

8、本發(fā)明所述的銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法充分考慮到銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸之間的焊接面是曲面，存在熱輸入分布不均勻，容易產(chǎn)生局部過熱或未熔合，以及曲面焊接易產(chǎn)生應(yīng)力集中，增加變形和裂紋的風(fēng)險等問題。首先對銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸進(jìn)行表面處理，可以有效去除污染物、提高平整度、減少氧化層，確保焊接的曲面區(qū)域的清潔和均勻性，有利于提升后續(xù)的焊接質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度；之后將處理后銅排和處理后合金鋼轉(zhuǎn)軸裝配后放入包套焊接后進(jìn)行兩個階段的升溫脫氣處理，第一階段去除銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸表面吸附的水蒸氣、氧氣等氣體，避免這些氣體形成氣孔或夾雜物，影響焊接質(zhì)量；第二階段去除金屬內(nèi)部溶解的氫氣、氧氣等，防止內(nèi)部氣體在焊接過程中會析出，導(dǎo)致氣孔或裂紋；采用該特定條件的脫氣處理后，焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)更均勻，能夠提升接頭的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性；最后進(jìn)行熱等靜壓擴(kuò)散焊接，得到焊接面質(zhì)量高且接頭強(qiáng)度高的銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸組合產(chǎn)品。

9、本發(fā)明所述脫氣處理的升溫過程分兩個階段，第一階段以3～5℃/min的升溫速度，例如可以是3℃/min、3.5℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用；

10、升溫至100～200℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、130℃、150℃、180℃或200℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用；

11、第二階段以3～5℃/min的升溫速度，例如可以是3℃/min、3.5℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用；

12、升溫至480～550℃，例如可以是480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃或550℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

13、優(yōu)選地，步驟(1)對所述銅排的表面處理過程包括依次進(jìn)行第一拋光處理和超聲清洗。

14、優(yōu)選地，所述第一拋光處理包括先采用320#砂紙拋光，之后采用1000#砂紙細(xì)磨。

15、優(yōu)選地，所述超聲清洗采用異丙醇溶液清洗10～15min，例如可以是10min、10.5min、11min、12min、13min、14min或15min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

16、優(yōu)選地，所述超聲清洗后在60～70℃下，例如可以是60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用；

17、真空烘干1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.5h、1.6h、1.8h、1.9h或2h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

18、步驟(1)對所述合金鋼轉(zhuǎn)軸的表面處理過程包括依次進(jìn)行第二拋光處理和浸泡刷洗。

19、優(yōu)選地，所述第二拋光處理采用320#砂紙進(jìn)行。

20、優(yōu)選地，所述浸泡刷洗采用航空煤油浸泡10～15min后進(jìn)行刷洗，例如可以是10min、10.5min、11min、12min、13min、14min或15min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

21、優(yōu)選地，所述浸泡刷洗后吹干。

22、本發(fā)明優(yōu)選使用鋼刷進(jìn)行刷洗，刷洗之后使用凈化布擦拭干凈合金鋼轉(zhuǎn)軸表面殘留的航空煤油。本發(fā)明所述浸泡刷洗可以根據(jù)需要重復(fù)進(jìn)行2～3次，直至合金鋼轉(zhuǎn)軸表面和凹槽干凈。

23、優(yōu)選地，步驟(2)所述包套包括304不銹鋼包套，優(yōu)選上下蓋板為內(nèi)嵌式設(shè)計。

24、優(yōu)選地，步驟(3)所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接采用氬氣作為壓力介質(zhì)。

25、優(yōu)選地，步驟(3)所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接的溫度為900～1000℃，例如可以是900℃、920℃、940℃、960℃、980℃或1000℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

26、優(yōu)選地，步驟(3)所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接的壓力為100～180mpa，例如可以是100mpa、110mpa、130mpa、150mpa、160mpa、170mpa或180mpa等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

27、本發(fā)明優(yōu)選所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接的溫度為900～1000℃，能夠促進(jìn)原子擴(kuò)散，加速界面反應(yīng)降低屈服強(qiáng)度；所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接的壓力為100～180mpa，可以使焊接表面緊密接觸，減少空隙和缺陷，促進(jìn)塑性變形，提高原子擴(kuò)散速率，加快焊接界面的結(jié)合。而且該特定范圍的溫度和壓力組合不僅可以控制焊接區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，提升材料性能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的焊接，確保界面結(jié)合良好且無缺陷。

28、優(yōu)選地，步驟(3)所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接的保溫保壓時間為5～8h，例如可以是5h、5.2h、5.5h、6h、6.5h、7h或8h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

29、優(yōu)選地，步驟(3)所述成品的焊接接頭抗拉強(qiáng)度>200mpa，例如可以是201mpa、210mpa、220mpa、250mpa、300mpa或400mpa等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

30、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法包括如下步驟：

31、(1)銅排依次進(jìn)行第一拋光處理和超聲清洗，得到處理后銅排；

32、所述第一拋光處理包括先采用320#砂紙拋光，之后采用1000#砂紙細(xì)磨；所述超聲清洗采用異丙醇溶液清洗10～15min；所述超聲清洗后在60～70℃下真空烘干1～2h；

33、合金鋼轉(zhuǎn)軸依次進(jìn)行第二拋光處理和浸泡刷洗，處理后合金鋼轉(zhuǎn)軸；

34、所述第二拋光處理采用320#砂紙進(jìn)行；所述浸泡刷洗采用航空煤油浸泡10～15min后進(jìn)行刷洗；所述浸泡刷洗后吹干；

35、(2)將處理后銅排和處理后合金鋼轉(zhuǎn)軸裝配后放入304不銹鋼包套中，進(jìn)行包套焊接；

36、(3)依次進(jìn)行脫氣處理和壓力為100～180mpa、溫度為900～1000℃、保溫保壓時間為5～8h的熱等靜壓擴(kuò)散焊接后，去包套，經(jīng)機(jī)加工得到焊接接頭抗拉強(qiáng)度>200mpa的成品；

37、所述脫氣處理的升溫過程分兩個階段，第一階段以3～5℃/min的升溫速度升溫至100～200℃；第二階段以3～5℃/min的升溫速度升溫至480～550℃；

38、所述熱等靜壓擴(kuò)散焊接采用氬氣作為壓力介質(zhì)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

40、本發(fā)明提供的銅排和合金鋼轉(zhuǎn)軸的熱等靜壓擴(kuò)散焊接方法操作簡單，實現(xiàn)了焊接面是曲面的異種金屬牢固焊接，焊接面質(zhì)量高且焊接接頭抗拉強(qiáng)度高，適合大范圍推廣應(yīng)用。