陶瓷与金属焊接技术
陶瓷与金属焊接技术
陶瓷与金属焊接技术
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是一种颗粒型复合材料，是在ＴｉＣ基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能，在加工中显示出较高的红硬性和强度，它在相同硬度时耐磨性高于ＷＣＣｏ硬质合金，而其密度却只有硬质合金的1/2。因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具在许多加工场合下可成功地取代ＷＣ基硬质合金而被广泛用作工具材料，填补了ＷＣ基硬质合金和Ａｌ2Ｏ3陶瓷刀具材料之间的空白。我国金属钴资源较为贫乏，而作为一种战略性贵重金属，近年来钴的价格持续上扬，因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具材料的研制开发和广泛应用，不仅可推动我国硬质合金材料的升级换代，而且在提高国家资源保障程度方面也具有重要的意义。
我们研制的是添加ＴｉＮ的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷。由于ＴｉＣ比ＷＣ具有更高的硬度和耐磨性，ＴｉＮ的加入可起到细化晶粒的作用，故Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷可表现出比ＷＣ基或ＴｉＣ基硬质合金更为优越的综合性能。这种新型金属陶瓷刀具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的，国内外对陶瓷与金属的连接开展了不少的研究，但对于金属陶瓷与金属连接的技术研究较少，以致于限制了Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。常用的连接陶瓷与金属的焊接方法有真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。在这些连接方法中，钎焊、扩散焊连接方法比较成熟、应用较广泛，过渡液相连接等新的连接方法和工艺正在研究开发中。本文在总结各种陶瓷与金属焊接方法的基础上，对金属陶瓷与金属的焊接技术进行初步探讨，在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时，指出其优缺点和有待研究解决的问题，以期推动金属陶瓷与金属焊接技术的研究，进而推广这种先进工具材料在工业领域的应用。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷性能特点及应用现状
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是在ＴｉＣ基金属陶瓷基础上发展起来的一类新型工模具材料。按其组成和性能不同可分为：①成分为ＴｉＣＮｉＭｏ的ＴｉＣ基合金；②添加其它碳化物(如ＷＣ、ＴａＣ等)和金属(如Ｃｏ)的强韧ＴｉＣ基合金；③添加ＴｉＮ的ＴｉＣ
ＴｉＮ(或ＴｉＣＮ)基合金；④以ＴｉＮ为主要成分的ＴｉＮ基合金。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷的性能特点如下：
(1)高硬度，一般可达ＨＲＡ91～93.5，有些可达ＨＲＡ94～95，即达到非金属陶瓷刀具硬度水平。
(2)有很高的耐磨性和理想的抗月牙洼磨损能力，在高速切削钢料时磨损率极低，其耐磨性可比ＷＣ基硬质合金高3～4倍。
(3)有较高的抗氧化能力，一般硬质合金月牙洼磨损开始产生温度为850～900℃，而Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷为1100～1200℃，高出200～300℃。ＴｉＣ氧化形成的ＴｉＯ2有润滑作用，所以氧化程度较ＷＣ基合金低约10%。
(4)有较高的耐热性，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷的高温硬度、高温强度与高温耐磨性都比较好，在1100～1300℃高温下尚能进行切削。一般切削速度可比ＷＣ基硬质合金高2～3倍，可达200～400ｍ/ｍｉｎ。
(5)化学稳定好，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具切削时，在刀具与切屑、工件接触面上会形成Ｍｏ2Ｏ3、镍钼酸盐和氧化钛薄膜，它们都可以作为干润滑剂来减少摩擦。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基合金与钢不易产生粘结，在700～900℃时也未发现粘结情况，即不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度值较低。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷在具有良好综合性能的同时还可以节约普通硬质合金所必需的
Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ等贵重稀有金属材料。随着人类节约资源推行“绿色工业”进程的加快，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷必会成为一种大有前途的工具材料。目前，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料得到世界各国尤其是日本的广泛深入研究，一些国家已在积极应用和推广这种刀具材料，世界各主要硬质合金生产厂家都推出了商品牌号的含氮金属陶瓷。如日本三菱综合材料公司开发的ＮＸ2525牌号超细微粒金属陶瓷的硬度达到92.2ＨＲＡ，抗弯强度达2.0ＧＰａ，兼具高硬度和高韧性。我国在“八五”期间也成功研制出多种牌号的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具，并批量上市，现已发展成为独立系列的一类刀具材料。
金属陶瓷与金属焊接的技术方法
在工业加工生产中，切削加工刀具的刀片与刀杆的连接方式有两种：焊接式和机夹式。刀具的刀片和刀杆连接的好坏直接影响刀具的使用寿命。宋立秋等通过实验研究表明：选用焊接式连接刀片和刀杆时，刀具耐用度高；选用机夹式时，刀具耐用度低。由于Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷属于脆性材料，熔点比金属高，其线膨胀系数与金属相差较大，使得Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀片与刀杆焊后接头中的残余应力很高，加之与金属的相容性较差，使得金属陶瓷与金属的焊接性较差，一般焊接方法和工艺很难获得满意的焊接接头，目前，采用钎焊和扩散焊对金属陶瓷与金属进行连接已获得成功。随着研究的不断深入，又出现了许多新方法及工艺，以下在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时，指出其优缺点和研究方向。
1熔化焊
熔化焊是应用最广泛的焊接方法，该方法利用一定的热源，使连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体。焊接热源有电弧、激光束和电子束等。目前Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷熔化焊主要存在以下两个问题有待解决：一是随着熔化温度的升高，流动性降低，有可能促进基体和增强相之间化学反应(界面反应)的发生，降低了焊接接头的强度；另一问题是缺乏专门研制的金属陶瓷熔化焊填充材料。
1)电弧焊
电弧焊是熔化焊中目前应用最广泛的一种焊接方法。其优点是应用灵活、方便、适用性强，而且设备简单。但该方法对陶瓷与金属进行焊接时极易引起基体和增强相之间的化学反应(界面反应)。由于Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷具有导电性，可以直接焊接，对Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与金属电弧焊的试验研究表明是可行的，但需要解决诸如界面反应、焊接缺陷(裂纹等)和焊接接头强度低等问题。
2)激光焊
激光焊是特殊及难焊材料焊接的一种重要焊接方法。由于激光束的能量密度大，因此激光焊具有熔深大、熔宽小、焊接热影响区小、降低焊件焊接后的残余应力和变形小的特点，能够制造高温下稳定的连接接头，可以对产品的焊接质量进行精确控制。激光焊接技术已经成功应用于真空中烧结的粉末冶金材料。据报道，Ｍｉｔｔｗｅｉｄａ激光应用中心开发了一种双激光束焊接方法。它用两束激光工作，一束激光承担工件的预热，另一束激光用于焊接。用这种双激光束焊接方法可以实现各种几何体的连接，并且不会降低原材料的强度和高温性能，焊接时间仅需数分钟。该方法可有效防止焊接过程中热影响区裂纹的产生，适用于Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与金属的焊接，但对工装夹具、配合精度及焊前准备工作要求较高，设备投资昂贵，运行成本较高，需要进一步提高其工艺重复性和可靠性。
3)电子束焊
电子束焊是一种利用高能密度的电子束轰击焊件使其局部加热和熔化而焊接起来的方法。真空电子束焊是金属陶瓷与金属焊接的有效焊接方法，它具有许多优点，由于是在真空条件下，能防止空气中的氧、氮等的污染；电子束经聚焦能形成很细小的直径，可小到Φ0. 1～1.0ｍｍ的范围，其功率密度可提高到107～109Ｗ/ｃｍ2。因此电子束焊具有加热面积
小、焊缝熔宽小、熔深大、焊接热影响区小等优点。但这种方法的缺点是设备复杂，对焊接工艺要求较严，生产成本较高。目前针对Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与金属的电子束焊接技术还处于实验阶段。
2钎焊
钎焊是把材料加热到适当的温度，同时应用钎料而使材料产生结合的一种焊接方法。钎焊方法通常按热源或加热方法来分类。目前具有工业应用价值的钎焊方法有：(1)火焰钎焊；
(2)炉中钎焊；(3)感应钎焊；(4)电阻钎焊；(5)浸渍钎焊；(6)红外线钎焊。钎焊是Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与金属连接的一种主要焊接方法，钎焊接头的质量主要取决于选用合适的钎料和钎焊工艺。李先芬等对Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与45号钢采用铜基、银基钎料分别进行了火焰钎焊试验和在氩气保护炉中钎焊试验。火焰钎焊条件下，以Ｈ62为钎料的接头的平均剪切强度为37ＭＰａ，以ＢＡｇ10ＣｕＺｎ为钎料的接头的剪切强度达114ＭＰａ，以ＢＣｕＺｎＭｎ为钎料的接头的平均剪切强度49ＭＰａ；在氩气保护炉焊条件下，以Ｈ6 2为钎料的接头的平均剪切强度为37ＭＰａ，以Ａｇ72Ｃｕ28为钎料的接头的平均剪切强度为51ＭＰａ。通过观察和分析钎焊接头的结合情况及剪切试验，表明Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷具有较好的钎焊性。但由于接头界面处金属陶瓷中存在残余应力，导致剪切试验时均断在金属陶瓷上，且钎焊接头的剪切强度不高。张丽霞等采用ＡｇＣｕＺｎ钎料实现了ＴｉＣ基金属陶瓷与铸铁的钎焊连接。近年来还利用非晶技术研制成功了新的含钛合金系，如ＣｕＴｉ、ＮｉＴｉ合金，可以直接用来钎焊陶瓷与金属，其接头的工作温度比用银铜钎料钎焊的要高得多。目前，金属陶瓷钎焊需要解决如何降低或消除界面处金属陶瓷中的残余应力和提高接头强度的问题。
3压焊
压焊时基体金属通常并不熔化，焊接温度低于金属的熔点，有的也加热至熔化状态，仍以固相结合而形成接头，所以可以减少高温对母材的有害影响，提高金属陶瓷与金属的焊接质量。
1)扩散焊
扩散焊是压焊的一种，它是指在相互接触的表面，在高温压力的作用下，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过程。扩散焊包括没有中间层的扩散焊和有中间层的扩散焊，有中间层的扩散焊是普遍采用的方法。使用中间层合金可以降低焊接温度和压力，降低焊接接头中的总应力水平，从而改善接头的强度性能。另外，为降低接头应力，除采用多层中间层外，还可使用低模数的补偿中间层，这种中间层是由纤维金属所组成，实际上是一块烧结的纤维金属垫片，孔隙度最高可达90%，可有效降低金属与陶瓷焊接时产生的应力。扩散焊的主要优点是连接强度高，尺寸容易控制，适合于连接异种材料。关德慧等对金属陶瓷刀刃与40Ｃｒ刀体的高温真空扩散焊接实验表明，金属陶瓷与40Ｃｒ焊接后，两种材料焊合相当好，再对40Ｃｒ进行调质处理，界面具有相当高的强度，焊接界面的抗拉强度达650ＭＰａ，剪切强度达到550ＭＰａ。扩散焊主要的不足是扩散温度高、时间长且在真空下连接、设备昂贵、成本高。近年来不断开发出了一些新的扩散焊接方法，如高压电场下的扩散焊，该方法借助于高压电场(10 00Ｖ以上)及温度的共同作用，使陶瓷内电介质电离，在与金属邻近的陶瓷材料内形成了一薄层充满负离子的极化区。此外，由于材料表面的显微不平度，陶瓷与金属间只有个别小点相接触，大部分地区形成微米级的间隙。集结在微小间隙两侧的离子使这些地区的电场急剧升高，此外加电场可增加3～4个数量级。由于异性电荷相吸，使被连接的两种材料相邻界面达到紧密接触(其间距小于原子间距)，随后借助于扩散作用，使金属与陶瓷得以连接。
2)摩擦焊
摩擦焊是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产
生的摩擦热及塑性变形热，使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊广泛用于同类和异种金属的连接，对于不同类材料陶瓷与金属连接的摩擦焊尚属起步阶段。
3)超声波焊
超声波焊是通过超声波振动和加压实现常温下金属与陶瓷接合的一种有效方法。用此方法焊接铝与各类陶瓷均获得成功，而且接合时间仅需几秒钟。由于此方法的接合能是利用超声波振动，结合面不需要进行表面处理，设备较简单，缩短了焊接时间，其成本比钎焊法大幅度降低。该方法应用于金属陶瓷与金属的焊接还有待于进一步研究。
4中性原子束照射法
中性原子束照射法利用中性原子束照射金属与陶瓷的接合面，使接合面的原子“活化”。物质清洁的表面具有极佳的活性，然而物质表面往往沾有污物或覆盖着一层极薄的氧化膜，使其活性降低。该方法主要是对接合面照射氩等惰性气体的1000～1800ｅＶ的低能原子束，从表面除去20ｎｍ左右的薄层，使表面活化，然后加压，利用表面优异的反应度进行常温状态下接合，此方法可用于氮化硅等高强度陶瓷与金属的接合。
5自蔓延高温合成焊接法
自蔓延高温合成(ＳｅｌｆｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇＨｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，缩写ＳＨＳ)技术也称为燃烧合成(ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，缩写ＣＳ)技术，是由制造难熔化合物(碳化物、氮化物和硅化物)的方法发展而来的。在这种方法中，首先在陶瓷与金属之间放置能够燃烧并放出大量生成热的固体粉末，然后用电弧或辐射将粉末局部点燃而开始反应，并由反应所放出的热量自发地推动反应继续向前发展，最终由反应所生成的产物将陶瓷与金属牢固地连接在一起。该方法的显著特点是能耗低，生产效率高，对母材的热影响作用小，通过设计成分梯度变化的焊缝来连接异种材料，可以克服由于热膨胀系数差异而造成的焊接残余应力。但燃烧时可能产生气相反应和有害杂质的侵入，从而使接头产生气孔和接头强度降低。因此，连接最好在保护气氛中进行，并对陶瓷与金属的两端加压。日本的Ｍｉｙａｍｏｔｏ等首次利用ＳＨＳ焊接技术，研究了金属Ｍｏ与ＴｉＢ2和ＴｉＣ陶瓷的焊接，试验利用Ｔｉ+Ｂ或Ｔｉ+Ｃ粉末作为反应原料，预压成坯后加在两个Ｍｏ片之间，利用石墨套通电发热来引发反应，成功地获得了界面结合完整的焊接接头。何代华等采用燃烧合成技术成功地制取了ＴｉＢ2陶瓷/金属Ｆｅ试样，且焊接界面结合良好，中间焊料层Ｆｅ的质量百分含量较高时，界面结合优于Ｆｅ质量百分含量低的界面结合情况。孙德超等以ＦＧＭ焊料(功能梯度材料)成功实现了ＳｉＣ陶瓷与ＧＨ4146合金的ＳＨＳ焊接。目前ＳＨＳ机理研究尚未成熟，设备开发和应用投资颇大，所以ＳＨＳ焊接尚未工程化。
6液相过渡焊接法
液相过渡焊接(ＴｒａｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅ，缩写ＴＬＰ)是介于溶焊和压焊之间的焊接方法。该技术综合了钎焊技术和扩散连接技术的优点，可制备服役温度不低于连接温度的高温接头。ＴＬＰ连接技术的工艺ＴＬＰ焊接与钎焊操作步骤相似，均需在待连接母材表面间放入熔点低于母材的第三种材料(在ＴＬＰ中常叫中间层Ｉｎｔｅｒｌ
ａｙｅｒ，在钎焊中常叫钎料Ｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌ)；然后加热、保温。但两者扩散的充分程度、凝固的方式和最终所得接头的成分、组织的不连续程度都不同。与钎焊相比ＴＬＰ焊接具有如下优点：①ＴＬＰ接头在等温凝固完成后具有明显不同于母材与填充金属的成分，并在一定情况下分辨不出最终显微组织中的填充金属；②ＴＬＰ接头比一般硬钎焊接头的强度高；③ＴＬＰ接头的重熔温度高于钎焊接头而耐高温性能好。上述优点决定了它可用于先进材料的连接，在金属陶瓷与金属焊接技术中有着广阔的应用前景。段辉平等采用ＴｉＣｕ和ＴｉＮｉ复合焊料，利用ＴＬＰ连接技术成功地制备了无焊接缺陷的ＴｉＡｌ/Ｉ
Ｎ718合金接头。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是一种最有前途的高速切削刀具材料，它与金属的焊接是Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料得以发展和应用的关键技术之一。金属陶瓷与金属之间焊接的关键问题是界面润湿和缓解焊接残余应力，一般可以通过选择活性元素与金属陶瓷发生界面反应来改变陶瓷的表面状态从而提高两者之间的润湿性，缓解由于母材之间热膨胀系数不匹配而产生的残余热应力的发展方向之一是通过ＳＨＳ合成功能梯度材料(ＦＧＭ)作为焊料，从而可以大大缓解金属陶瓷与金属之间焊接接头的残余热应力。综上所述，尽管适合于Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷与金属焊接的方法有多种，但每种方法都有其自身的优缺点和局限性，如采用扩散焊焊接的接头界面受限且易在接头形成有害复合碳化物(η相)；钎焊存在结合强度和使用温度较低等问题；熔焊易产生脆性开裂且缺乏合适的焊接材料。有些方法还处于实验研究阶段，一时还难以实用化。在选择焊接方法时，要从实际出发，即从金属陶瓷与金属复合构件的使用要求出发，确实保证连接质量及其稳定性，并力求降低生产成本。综合考虑焊接及工艺等方面的因素，活性钎焊、扩散焊、部分瞬间液相连接、ＳＨＳ焊接技术最有希望成为金属陶瓷与金属焊接工艺中重点开发的研究项目。金属陶瓷与金属的焊接是一个全新的领域，内容新颖而又异常丰富，今后随着该种材料的广泛应用和应用范围的不断扩大，其焊接技术方法和工艺的研究将成为国内外普遍关注而亟待解决的研究课题。
陶瓷与金属钎焊的方法、钎料和工艺
陶瓷钎焊 陶瓷与金属的连接是20世纪30年代发展起来的技术,最早用于制造真空电子器件,后来逐步扩展应用到半导体、集成电路、电光源、高能物理、宇航、化工、冶金、仪器与机械制造等工业领域。陶瓷与金属的连接方法比较多,如钎焊、扩散焊、熔焊及氧化物玻璃焊料连接法等,其中钎焊法是获得高强度陶瓷/金属接头的主要方法之一。钎焊法又分为金属化工艺法和活性钎料法。我国于50年代末才开始研究陶瓷—金属连接技术,60年代中便掌握了金属化工艺法(活化Mo-Mn法)和活性钎焊法,推动了陶瓷/金属钎焊用材料及其钎焊工艺的发展。 常用的金属和陶瓷钎焊方法 常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法和活性金属法 金属和陶瓷钎焊工艺 陶瓷与被连接金属的热膨胀系数相差悬殊，导致钎焊后使接头内产生较高的残余应力, 而且局部地方还存在应力集中现象,极易造成陶瓷开裂。为降低残余应力, 必须采用一些特殊的钎焊工艺路线。①合理选择连接匹配材料；②利用金属件的弹性变形减小应力;③避免应力集中；④尽量选用屈服点低, 塑性好的钎料；⑤合理控制钎焊温度和时间；⑥采用中间弹性过渡层。其中, 采用中间弹性过渡层的方法是研究和应用最多的方法之一, 采用中间弹性过渡层对降低残余应力的作用较大。该方法采用陶瓷/ 钎料/ 中间过渡层/ 钎料/ 金属的装配形式进行钎焊, E 和σs 减小, 接头强度越高, 这说明较“软”的中间层能够有效地释放应力, 改善接头强度。中间过渡层的热膨胀系数与Si3N4 接近固然有好处, 但如E 和σs 很高(如Mo 和W) , 不能缓和应力, 也就不能起到好的作用。因此, 可以认为E 和σs 是选择中间过渡层的主要着眼点。中间过渡层的选择应尽量满足下列条件: ①选择 E 和σs 较小的材料; ②中间过渡层与被连接材料的热膨胀系数差别要小; ③充分考虑接头的工作条件。采用弹性过渡层的陶瓷连接方法的缺点是接头强度不高, 原因是有效钎接面积小。但这种低应力或无应力接头具有良好的使用性能, 其优点是在热载荷下产生较低的热应力, 接头耐热疲劳, 抗热冲击性能好。 金属和陶瓷钎焊的发展前景 随着社会新材料的发展和金属与陶瓷钎焊技术日趋完善,其在工业领域的应用越来越广泛,可以预见,金属与陶瓷钎焊技术有着广阔的应用前景,无疑是今后研究的重点。传统的陶瓷金属化法工艺复杂、费时耗资,活性金属钎焊是目前最有可能得到大规模工业应用的连接方法,而部分瞬间液相连接充分结合了活性钎焊和固相扩散连接两者的优点,能在比常规连接方法低得多的温度下制备耐热接头,正不断引起人们极大的兴趣和关注。随着国民经济的发展, 特别是高科技领域的发展, 具有优异性能的结构陶瓷与金属的钎焊零部件的应用也日益广泛, 尤其是一些特殊工作条件, 如耐冲击负荷、耐腐蚀、耐高温、抗氧化性好等, 要求研究开发与之相适应的新材料及新工艺, 这样才会有助于推动我国陶瓷材料。
陶瓷金属钎焊
本科课程论文题目陶瓷金属钎焊 院（系）化学学院 专业应用化学 课程材料化学 学生姓名金露 学号2011210521 指导教师王宏里 二○一三年十二月
陶瓷和金属钎焊技术 摘要：陶瓷与金属的钎焊技术是金属陶瓷材料得以发展和应用的关键技术之一。概述了陶瓷与金属钎焊的困难，阐述了陶瓷与金属钎焊的技术方法及其研究进展, 展望了陶瓷与金属钎焊技术的应用前景。 关键字：陶瓷金属钎焊 0 前言： 陶瓷材料具有优异的耐高温、耐磨损、抗腐蚀性能和密度低、绝缘性好的特点, 在汽车、军工、电子、航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而陶瓷塑性差、脆性高的特点一方面造成了形状复杂的陶瓷零件加工成型困难, 另一方面决定了其在单独使用过程中抵抗热应力和冲击载荷的能力差。根据使用要求选择有效的连接方法, 将陶瓷与金属连接起来获得陶瓷一金属复合构件, 能把二者的优点结合起来, 充分发挥陶瓷材料的优异性能并拓宽其应用范围。 其中钎焊就是把金属与陶瓷连接起来的一种方法。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。 1 陶瓷与金属钎焊的困难 异种材料钎焊存在很多困难：线膨胀系数不同容易引起热应力，异种材料焊接热影响区力学性能较差，特别是塑性和韧性下降；一种材料焊接接头容易产生裂纹甚至发生断裂。陶瓷与金属钎焊时由于陶瓷材料与金属原子结构之间存在本质上的差别，加上陶瓷本身特殊的物理化学性能，因此，陶瓷与金属的钎焊存在不少问题。由于普通金属钎料在陶瓷表面润湿性很差。因此提高钎料在陶瓷表面的润湿性是保证钎焊质量的关键。此外，金属和陶瓷物理性能、力学性能的不匹配也是影响钎焊的重要因素。具体体现为以下几个方面： （1）、陶瓷与金属钎料难润湿 熔点：陶瓷～2000℃；金属～1600℃ sg sg，sg sl （2）、陶瓷与金属的物理化学性质差异大 陶瓷CTE ～2；金属CTE 13～24 （3）、陶瓷的线膨胀系数比较小，与金属的线膨胀系数相差较大，陶瓷与金属焊
CMT焊接
CMT焊接 目前国内外低热输入焊接新工艺CMT(cold metal transfer)一冷金属过渡焊是低热输入焊接工艺中的佼佼者，CMT技术是福尼斯公司开发的一种低热输入焊接工艺。该技术在熔滴短路时电源输出电流几乎为零，同时焊丝回抽帮助熔滴脱落，实现熔滴“冷”过渡，大大降低了焊接过程的热输入。 1.CMT焊接研究现状 图1 CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式分布 CMT技术的发展过程经历了几个阶段:90年代初，奥地利福尼斯公司是为研究钢铝的异种焊接而开始;到90年代末，开发了无飞溅引弧技术(SFI，此技术为CMT的研究奠定了基础;在接下来的几年到1999年，使得CMT技术得以问世;到2010年，Fronius公司对CMT焊接系统进行开发，发展到了CMT Advanced和CMT Advanced +P焊接技术。发展到现在，CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式电流电压的分布如图1所示，CMT技术的热输入量达到的范围明显的小于P-MIG。 CMT技术创新的将熔滴过渡过程与送丝运动相结合，该创新处大大降低了焊接过程的热输入量，真正实现了无飞溅焊接。此焊接工艺不仅提高焊后工件表面质量，还减小金属的损失，降低焊接过程中的烟尘、有害气体，对环境的污染进一步减小是一种绿色环保的焊接技术。目前CMT焊接的研究主要涉及到薄板焊接、异种焊接、钎焊等，利用的均是其热输入低的特点。CMT焊可以焊接薄板低至0.3mm的超薄板，CMT焊接工艺己研究应用的有3 mm及以下的铝合金焊接、镁铝异种焊接、铝钢异种焊接、钦铜异种焊接等。CMT技术问世后专家学者不断的进行研究，目前关于CMT技术复合热源也出现了。国外学者利用CMT-GMAW焊接镍基超耐热不锈钢，河北科技大学也正在研究利用CMT与高频复合焊接铝锂合金。 2. CMT焊接原理与特点
陶瓷与金属焊接技术
陶瓷与金属焊接技术 陶瓷与金属焊接技术 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是一种颗粒型复合材料，是在ＴｉＣ基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能，在加工中显示出较高的红硬性和强度，它在相同硬度时耐磨性高于ＷＣＣｏ硬质合金，而其密度却只有硬质合金的1/2。因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具在许多加工场合下可成功地取代ＷＣ基硬质合金而被广泛用作工具材料，填补了ＷＣ基硬质合金和Ａｌ2Ｏ3陶瓷刀具材料之间的空白。我国金属钴资源较为贫乏，而作为一种战略性贵重金属，近年来钴的价格持续上扬，因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具材料的研制开发和广泛应用，不仅可推动我国硬质合金材料的升级换代，而且在提高国家资源保障程度方面也具有重要的意义。 我们研制的是添加ＴｉＮ的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷。由于ＴｉＣ比ＷＣ具有更高的硬度和耐磨性，ＴｉＮ的加入可起到细化晶粒的作用，故Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷可表现出比ＷＣ基或ＴｉＣ基硬质合金更为优越的综合性能。这种新型金属陶瓷刀具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的，国内外对陶瓷与金属的连接开展了不少的研究，但对于金属陶瓷与金属连接的技术研究较少，以致于限制了Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。常用的连接陶瓷与金属的焊接方法有真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。在这些连接方法中，钎焊、扩散焊连接方法比较成熟、应用较广泛，过渡液相连接等新的连接方法和工艺正在研究开发中。本文在总结各种陶瓷与金属焊接方法的基础上，对金属陶瓷与金属的焊接技术进行初步探讨，在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时，指出其优缺点和有待研究解决的问题，以期推动金属陶瓷与金属焊接技术的研究，进而推广这种先进工具材料在工业领域的应用。 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷性能特点及应用现状 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是在ＴｉＣ基金属陶瓷基础上发展起来的一类新型工模具材料。按其组成和性能不同可分为：①成分为ＴｉＣＮｉＭｏ的ＴｉＣ基合金；②添加其它碳化物(如ＷＣ、ＴａＣ等)和金属(如Ｃｏ)的强韧ＴｉＣ基合金；③添加ＴｉＮ的ＴｉＣ ＴｉＮ(或ＴｉＣＮ)基合金；④以ＴｉＮ为主要成分的ＴｉＮ基合金。 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷的性能特点如下： (1)高硬度，一般可达ＨＲＡ91～93.5，有些可达ＨＲＡ94～95，即达到非金属陶瓷刀具硬度水平。 (2)有很高的耐磨性和理想的抗月牙洼磨损能力，在高速切削钢料时磨损率极低，其耐磨性可比ＷＣ基硬质合金高3～4倍。 (3)有较高的抗氧化能力，一般硬质合金月牙洼磨损开始产生温度为850～900℃，而Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷为1100～1200℃，高出200～300℃。ＴｉＣ氧化形成的ＴｉＯ2有润滑作用，所以氧化程度较ＷＣ基合金低约10%。 (4)有较高的耐热性，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷的高温硬度、高温强度与高温耐磨性都比较好，在1100～1300℃高温下尚能进行切削。一般切削速度可比ＷＣ基硬质合金高2～3倍，可达200～400ｍ/ｍｉｎ。 (5)化学稳定好，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具切削时，在刀具与切屑、工件接触面上会形成Ｍｏ2Ｏ3、镍钼酸盐和氧化钛薄膜，它们都可以作为干润滑剂来减少摩擦。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基合金与钢不易产生粘结，在700～900℃时也未发现粘结情况，即不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度值较低。 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷在具有良好综合性能的同时还可以节约普通硬质合金所必需的
陶瓷衬垫焊接工艺流程【详解】
陶瓷衬垫焊接工艺 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 对接平焊、立焊、横焊和平角焊的坡口型式如下图。 【焊接规范】 CO2单面焊双面成型工艺的焊接规范是比较灵活的，它与焊工的技能和熟练程度有关。选择焊接规范时应注意焊接电流和电压的匹配，确保焊缝的良好成型。
熟练的焊工，能够使用较大电流的焊接规范，以提高劳动生产率。焊接电流最大不宜超过230A（焊丝直径ф1.2）。表4、表5所列焊接参数，可供参考选择。 【操作要领】
CO2单面焊是一种技术性很强的焊接方法。尽管影响焊缝双面成型的因素很多，如设备性能、气候、施工空间环境、网路电压、人员素质等，但更重要的是人员素质。焊工素质表现在认知面（理论水平）、技能技巧、熟练程度和工作态度等方面。因此，即便使用了合适的焊接规范参数，想要获得满意的焊缝质量，还必须掌握准确的操作方式和技术要领。 【燃弧点位置】 采用单面焊时，燃弧的位置十分重要，如图3所示。由于进行CO2单面焊时，电弧的电流密度较大，在熔池前端的母材上形成半圆孔，随着电弧的前进，熔化金属不断填满此半圆孔。操作时必须使燃弧点处于熔池中心，如果燃弧点太靠前，如图3中B点的位置，则会使铁水过早前淌，使熔宽减小，严重时导致两底边未熔合。若燃弧点太靠后，如图3中A点，使铁水前淌过缓，会增加熔宽，焊缝下垂过多，且容易使焊缝正面形成中间高、两边低的形式，这样在上面一层焊接时会导致两边夹渣。正常的打底焊成形应是焊缝反面增高适当，焊缝正面为中间低，两边成弧状过渡，如图4所示。
冷金属过渡焊接技术(CMT)
CMT冷金属过渡焊接技术 CMT是冷金属过渡焊接技术的缩写，据Elb-Form公司称，CMT冷金属过渡焊接是一种不产生任何焊渣飞溅的焊接工艺技术。经过2个月的安装调试，CMT冷金属过渡焊接设备可用于大批量生产六种不同的产品。 焊接不同壁厚的零部件时，要求具有良好焊缝厚度的厚工件要过渡到薄工件，并且在焊缝厚度过渡区仅具有少量的热传导。同时，从外观质量和安全保护的角度来看，焊缝处也不允许有飞溅的焊渣出现。在这种要求下，传统的气体保护焊接（MSG）已经无能为力，因为气体保护焊之后经常需要进行补焊修复和焊渣的清理工作，而这些成为制约气体保护焊技术对不同厚度板材进行焊接的瓶颈。 对于这些焊接难题，Elb-Form有限责任公司的Helmut Haspl先生表示，由Fronius公司研发生产的CMT冷金属过渡焊接设备可以解决所有的问题，从而保证顺利的生产过程，避免返修。Elb-Form公司的主要产品是形状复杂、采用内高压变型加工工艺（IHU）制造的空腔钢结构件、铬-镍钢结构件和铝合金结构件。主要为汽车工业、飞机制造业、摩托车和自行车制造业提供高强度薄壁、轻结构合金材料结构件。在经过变型加工后，这些零件将在机器人焊接设备中焊接成为较大的部件，以供生产厂家使用。一次调整完毕后，CMT冷金属过渡焊接设备即可自动保证极高的焊接质量。 CMT冷金属过渡焊接技术 由Fronius公司在2004年欧洲板材技术博览会上展示的CMT冷金属过渡焊接技术是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。其中的换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使焊丝的输送过程呈间断的送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的电焊丝输送。 数字式焊接控制系统能够知道电弧生成的开始时间，自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。在熔滴从焊丝上滴落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，并进一步将焊丝向前送出。之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。这种
金属材料焊接性知识要点(最新整理)
金属材料焊接性知识要点 1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5. 评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6. 实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性 7. 常用焊接性试验方法： A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法 一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？ 答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的） 2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。 （2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。 （3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。 （4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。 3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。 答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。 4、为什么可以用热影响区最高硬度来评价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性？焊接工艺条件对热影响区最高硬度有什么影响？ 答：因为（1）.冷裂纹主要产生在热影响区； （2）其直接评定的是冷裂纹产生三要素中最重要的，接头淬硬组织，所以可以近似用来评价冷裂纹。 一般来说，焊接接头包括热影响区，它的硬度值相对于母材硬度值越高，证明焊接接头的
陶瓷与金属焊接
陶瓷与金属焊接技术：金属陶瓷材料发展应用 的关键 （Jul 31 2007 03:37PM ） Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是一种颗粒型复合 材料，是在ＴｉＣ基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属 陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能，在加工中显示出较高的红硬性和强度，它在相同硬度时耐磨性高于ＷＣＣｏ硬质合金，而其密度却只有硬质合金的1/2。因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具在许多加工场合下可成功地取代ＷＣ基硬质合金而被广泛用作工具材料，填补了ＷＣ基硬质合金和Ａｌ2Ｏ3陶瓷刀具材料之间的空白。我国金属钴资源较为贫乏，而作为一种战略性贵重金属，近年来钴的价格持续上扬，因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具 材料的研制开发和广泛应用，不仅可推动我国硬质合金材料的升级换代，而且在提高国家资源保障程度方面也具有重要的意义。
我们研制的是添加ＴｉＮ的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷。由于ＴｉＣ比ＷＣ具有更高的硬度和耐磨性，ＴｉＮ的加入可起到细化晶粒的作用，故Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷可表现出比ＷＣ基或ＴｉＣ基硬质合金更为优越的综合性能。这种新型金属陶瓷刀具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的，国内外对陶瓷与金属的连接开展了不少的研究，但对于金属陶瓷与金属连接的技术研究较少，以致于限制了Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。常用的连接陶瓷与金属的焊接方法有真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。在这些连接方法中，钎焊、扩散焊连接方法比较成熟、应用较广泛，过渡液相连接等新的连接方法和工艺正在研究开发中。本文在总结各种陶瓷与金属焊接方法的基础上，对金属陶瓷与金属的焊接技术进行初步探讨，在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时，指出其优缺点和有待研究解决的问题，
金属材料的焊接性能
金属材料的焊接性能 （2014.2.27） 摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。 关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头 1 前言 随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。 2 金属材料的焊接性能 2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素 2.1.1 金属材料焊接性的定义 金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。 使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
冷金属过渡技术
冷金属过渡技术简介 摘要：Fronius 公司CMT(Coid Metai Transfer)冷金属过渡技术是在MIG/MAG 焊基础上开发的种革新技术第一次将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调焊接热输入量大幅降低，可实现 0.3 mm以上薄板的无飞溅、高质量MIG/MAG熔焊和MIG钎焊。 关键词：CMT 冷金属过渡焊丝回抽 THE COLD METAL TRANSITION TECHOLOGY INTRODUCITON Abstract: Fronius company CMT (Coid Metai Transfer) the cold metal transition technology is in the MIG/MAG based on the development of welding.Can realize more than 0.3 mm thin no splash of high quality MIG/MAG MIG welding and soldering Keywords: CMT the cold metal welding wire back to a transition) 1、前言 CMT 冷金属过渡焊接技术是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，是指数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，使焊丝的输送过程为间断送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70 Hz 的频率控制着脉冲式的焊丝输送。 数字式焊接控制系统能够根据电弧生成的开始时间自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。在熔滴从焊丝上滴落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，进一步将焊丝向前送出。之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。这种“冷－热”之间的交替变化大大降低了焊接热量的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。除此之外，还可实现多种功能：正确设置熔滴参数，实现更好的焊缝厚度过渡，并具有很高的焊接速度且不产生任何飞溅。 1、技术原理 CMT冷金属过渡技术的基本原理是：电弧燃烧过程中，焊丝向熔池方向运动，当焊丝与熔池接触时，电弧熄灭，焊接电流减小，短路接触时，焊丝回抽帮助熔滴脱
陶瓷直接钎焊工艺
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 陶瓷直接钎焊工艺 陶瓷金属化形成的各种钎焊接头, 因为存在着涂层或镀层, 使陶瓷组件 在高温使用受到限制, 难以发挥陶瓷高温稳定的优越性, 要求人们寻找直接钎焊 的方法。 陶瓷直接钎焊能够解决因盲孔或几何尺寸因素而不能完全进行金属化预 处理零件的连接问题, 能大大简化钎焊工艺和满足陶瓷构件高温使用的要求。这 种方法是使用含有Ti 或Zr 的活性元素的钎料, 直接把陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷、陶瓷与石墨等钎焊起来。直接钎焊选用的钎料熔化温度较高, 能满足陶瓷构 件高温状态使用的要求。为避免构件材料因热膨胀系数不同而产生裂纹, 可在二 者之间夹置一层缓冲层。根据使用条件, 选用钎料应尽可能将钎料夹置在两个被 钎焊零件之间或放置在利用钎料填充间隙的位置, 然后象普遍真空钎焊一样进行 钎焊。 对于金属陶瓷, 例如含10% 游离硅和少于500ppm 铁和铝的碳化硅陶瓷, 可以选用锗粉作为钎料直接钎焊, 将锗粉夹置在陶瓷件之间, 锗粉厚度为20～200 μm, 本底真空度抽到10-2Pa,工作真空度为8 乘以10-2Pa, 钎焊温度1180℃, 保温10min, 获得的钎缝组织为Ge-Si 固溶体, 重熔温度高达1200℃, 能够用于较高温度的环境下。在热交换器和红外辐射源一类生产中, 经常把氧化 铝陶瓷与耐碱性腐蚀金属Ta、Nb 及合金钎焊在一起, 钎焊工艺采用等离子喷涂设备, 在氧化铝陶瓷表面喷涂一层钨或钼, 然后将配制好的混合钎料( Ni 粉+ Fe 粉17% 或Nb 粉+ Ni 粉15% , 用粘结剂混合, 放入滚筒内研磨几个小时,以促使钎料粉悬浮于粘结剂中) 涂在陶瓷与金属的结合面上, 厚度为0.125～0.25 mm, 干燥几小时后, 装入真空炉钎焊, 冷态本底真空度抽到8 乘以10- 3 Pa, 工
陶瓷与金属的连接方法
陶瓷与金属的连接方法 陶瓷与金属的连接方法主要有：粘合剂粘接、机械连接、熔化焊、钎焊、固相扩散连接、自蔓延高温合成连接、瞬时液相连接等连接方法。将陶瓷与金属连接起来制成复合构件，可充分发挥两种材料的性能优点，对于改善结构件内部应力分布状态、降低制造成本、拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。1、粘合剂粘接：是利用胶粘剂将陶瓷与金属连接在一起，主要应用于飞机的应急修理、炮弹与导弹的辅助件连接、涡轮和压缩机转子的修复等处。尽管粘接连接可以一定程度缓解陶瓷与金属间的热应力且工 艺简单、效率高，但接头强度通常小于100MPa，使用温度一般低于200℃，大多用于静载荷和超低静载荷零件。2、机械连接：机械连接是一种借助结构设计的连接方法，有螺栓连接和热套连接两种。机械连接由于方便已经在部分增压转子与金属的连接中应用。热套连接获得的接头具有一定的气密性，但仅限于低温使用，且这种接头具有较大的残余应力。3、钎焊连接：钎焊是最常用的连接陶瓷与金属的方法之一，它是以熔点比母材低的材料做钎料，加热到略高于钎料熔点的温度，利用熔化的液态钎料润湿被连接材料表面，从而填充接头间隙，通过母材与钎料间元素的互扩散实现连接。包括直接钎焊和间接钎焊。4、固相扩散连接：
是将被连接材料置于真空或惰性气氛中，使其在高温和压力作用下局部发生塑性变形，通过原子间的互扩散或化学反应形成反应层，实现可靠连接。按连接方式，可分为直接扩散连接和间接扩散连接。固相扩散连接适用于各种陶瓷与金属的连接，相对于钎焊连接，其具有连接强度高，接头质量稳定、耐腐蚀性能好，可实现大面积连接，且接头不存在低熔点钎料金属或合金，能够获得耐高温接头等优点。5、熔化焊：采用高能束具有加热和冷却速度快的优点，能在陶瓷不熔化的条件下使金属熔化，形成连接。熔化焊连接陶瓷和金属主要包括激光焊和电子束焊接。此法能获得高温下稳定的接头，但是需要对被连接材料进行预热和缓冷，而且陶瓷与金属组配相对困难，连接工艺参数难以控制，设备造价昂贵。6、瞬时液相连接：简称为TLP 连接或液相扩散焊，是在真空条件下，施加较小或不施加压力，当温度达到中间层熔点或中间层与母材元素通过互扩散形成低熔共晶 产物时，在中间层与母材之间形成液相薄膜，通过中间层降熔元素向母材扩散及母材中高熔点元素向液相中溶解，使液相层熔点不断升高，并在等温条件下凝固，最后经过均匀化形成致密接头。瞬时液相连接综合了钎焊和固相扩散焊的优点，已经成功应用在金属间化合物、先进陶瓷、耐热耐蚀超合金、单晶合金等多种先进材料的连接。7、自蔓延高温合成(SHS)连接：是在陶瓷和金属之间预置高温焊料，
高效焊接方法 哈工大
《高效焊接方法大作业》 ——冷金属过渡技术 院系：材料学院焊接系 组员：XXX 日期：2014 .6 .18
冷金属过渡技术简介 摘要：Fronius 公司CMT(Coid Metai Transfer)冷金属过渡技术是在MIG/MAG 基础上开发的种革新技术第一次将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调焊接热输入量大幅降低，可实现0.3 mm以上薄板的无飞溅、高质MIG/MAG 熔焊和MIG钎焊。 关键词：CMT 冷金属过渡焊丝回抽 1、前言 由Fronius公司在2004年欧洲板材技术博览会上展示的CMT冷金属过渡焊接技术是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。其中的换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使焊丝的输送过程呈间断的送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的电焊丝输送。 数字式焊接控制系统能够知道电弧生成的开始时间，自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。在熔滴从焊丝上滴落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，并进一步将焊丝向前送出。之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。这种“冷-热”之间的交替变化大大降低了焊接热的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。除此之外，还可实现多种功能：可正确的设置熔滴的参数，实现更好的焊缝厚度过渡，并具有很高的焊接速度且不产生任何飞溅。据Fronius 公司介绍，该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。 2、CMT的技术原理 CMT冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的,普通的短路过渡过程是:焊丝熔化形成熔滴,熔滴同熔池短路,短路桥爆断,短路时伴有大的电流(大的热输入量)和飞溅。而CMT过渡方式正好相反,在熔滴短路时,数字化电源输出电流几乎为零,同时焊丝的回抽运动帮助熔滴脱落,消除了飞溅产生的因素。CMT焊同普通MIG/MAG焊有三个明显的不同: (1)首次将送丝的运动同熔滴过渡过程相结合。使用CMT工艺,焊丝的送丝/回抽动作影响焊接过程。换句话说,熔滴的过渡过程是由送
金属的焊接技术
金属的焊接技术 摘要: 介绍焊接技术的相关知识、原理及分类。 关键词: 金属;焊接技术;等离子弧焊 材料的性能是零件设计中选材的主要依据,也是技术工人在加工过程中合理选择加工方法的重要保证。我们常用的金属材料具有四大性能:即物理性能、化学性能、力学性能及加工工艺性能。物理性能是指金属材料在各种物理条件作用下所表现出的各种性能,主要包括熔点、密度、导电导热性、磁性等。化学性能是指金属材料在室温或高温下抵抗外界介质化学侵蚀的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蚀性。力学性能是指金属材料在承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力,主要包括强度、冲击韧性、塑性、疲劳强度、硬度等。工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应性,主要包括焊接性能、锻压性能、铸造性能、热处理性能和切削加工性能。 金属的焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件下,能够获得高质量焊接接头的难易程度,也就是对焊接加工的适应性。 随着金属的更多的应用,焊接技术也应时而现,像中国古代就有了锻焊、铸焊和钎焊。例如在商朝,工匠制造出的铁刃铜钺,其实就是铜与铁的铸焊件,在铁刃铜钺的表面,铁与铜的熔合线虽然蜿蜒曲折,但接合良好。我们在考古过程中发现在春秋战国时期的曾侯乙墓中,有许多的盘龙盘旋在其建鼓铜座上,这是由分段钎焊连接而成的。同时战国时期制造的刀、剑等,刀背为熟铁,刀刃为钢,这是经过加热锻焊而成的。又如传说中的世界三大名刀之一大马士革刀在中世纪也曾用过锻焊工艺。 目前金属焊接方法的种类很多,按照焊接过程的特点区分,可以分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
熔焊可分为:电弧焊、气焊、等离子弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、铝热焊等。压焊可以分为爆炸焊、接触焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、高频焊、真空扩散焊等。钎焊可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、特种钎焊等。 熔焊是利用局部热源将填充金属材料(有时不用填充金属材料)置于焊件的接合处进行熔化,不外加压力而使其互相熔合,冷却凝固后而形成牢固的接头。压焊是指焊件不论是否加热,均施加一定压力,使结合面接触紧密而产生结合作用,从而使焊件连接在一起。钎焊与熔焊相似,但本质上有一定不同,它是采用的钎料是比母材熔点低的金属材料,焊件和钎料加热温度是低于母材熔点而高于钎料熔点的温度,使液态得钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。目前我们常用焊接方法有焊条电弧焊,埋弧焊,手工钨极氩弧焊、CO2气体保护焊,氧气-乙炔焊,等离子弧焊,电阻焊等。 1 焊接材料 焊接时所消耗材料通称为焊接材料,比如焊剂、焊丝、保护气体、钨极、焊条等。 1.1 焊剂 焊剂是埋弧焊工艺用的主要焊接材料,按照制造方法可分为熔炼焊剂、粘结焊剂和烧结焊接;按照焊剂中添加合金剂、脱氧剂可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂;按照焊剂的酸碱度可分为碱性焊剂、中性焊剂和酸性焊剂。焊剂可回收,但回收后需要经过筛选、加热去湿,再与进过了加热去湿新的焊剂均匀搅拌后使用。 1.2 焊丝 焊丝是指焊接过程中作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。按照使用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝、电渣焊用焊丝、气焊用焊丝、气体保护焊用焊丝和堆焊用焊丝;按照制造方法不同可分为药芯焊丝和实芯焊丝(药芯焊丝又分为自保护焊丝和气保护焊丝);按照被焊的材料性质可分为不锈钢焊丝、铸铁焊丝、碳钢焊丝、有色金属焊丝和低合金焊丝。
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展 金属和陶瓷的钎焊技术及新发展 摘要：综述了金属和陶瓷常用的钎焊工艺和部分瞬间液相(r,rlp)钎焊法，指出了金属和陶瓷钎焊的难点，展望了其发展趋势。活性 金属钎焊能有效改善陶瓷表面的润湿性，具有广泛的应用前景，而pn』p 法为金属与陶瓷的高强度耐热连接开辟了一个新途径，正不断 引起人们极大的兴趣和关注。 关键词：金属；陶瓷； 中图分类号：tg454 钎焊；部分瞬间液相钎焊 文献标识码：a 工程陶瓷以其优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能特 点．已发展成为被普遍认可的高性能结构材料，但陶瓷件塑性 差、不耐冲击．使其应用受到限制i1]。金属和陶瓷的钎焊技术 可以实现2种材料性能优点的相互结合，从而有效扩大其应用 范围。是当前材料科学和工程领域的研究热点之一。钎焊是采 用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到钎料 熔点和母材熔点之间的温度，利用液态钎料润湿母材、填充接 头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法[2]。由于普通金 属钎料在陶瓷表面润湿性很差。因此提高钎料在陶瓷表面的润 湿性是保证钎焊质量的关键。此外，金属和陶瓷物理性能、力 学性能的不匹配也是影响钎焊的重要因素。 1 金属和陶瓷钎焊的难点 金属陶瓷钎焊的主要难点在于冶金不相容和物性不匹配。 冶金不相容是指钎料熔化后对陶瓷不浸润，难以在熔接区和陶 瓷实现原子间的冶金结合：物性不匹配是指金属陶瓷的热膨胀 系数差异太大。在钎焊结合区存在很大的应力梯度。钎焊产生 的热应力使连接强度降低、质量难以满足需要。目前常常通过 添加活性元素以改善钎料在陶瓷表面的润湿性，采用添加缓冲 层的方法来解决金属陶瓷物性不匹配的问题。缓冲层分为软性 缓冲层、硬性缓冲层和软硬双层缓冲层三大类。软性缓冲层的 热膨胀系数较高，夹在金属钎料与陶瓷之间可以解决热膨胀不 匹配引起的残余应力．但与金属间的连接往往不够理想．因此 在某些情况下采用软硬双层缓冲层：一层是与陶瓷有较好结合 强度的软性缓冲层；一层是低膨胀系数的硬性缓冲层．夹在钎 料与陶瓷之间进行施焊．这种方法能够在一定的程度上改善接 头性能。但缓冲层增多使施焊工艺复杂．并且使缓冲层变厚， 收稿日期：20xx一o1—15：修回日期：20xx—07—12 基金项目：国防科学技术工业委员会项目(jpp，r一115—298) 陶瓷与金属的连接实际上会变成依靠缓冲层来连接，致使钎焊 接头各项性能指标下降。 2 常用的金属和陶瓷钎焊方法
金属表面陶瓷化方法
金属表面的陶瓷化方法 金属的表面在许多场合都需要进行处理以获得耐磨、绝缘等性能，陶瓷材料具有绝缘、耐蚀、耐磨等特点，但是，陶瓷材料脆性大，加工性能差。我们通过进行金属表面陶瓷化改性可以提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能，以使金属表面绝缘。 金属表面陶瓷化方法特征： 1、在金属表面通过熔钎焊的方法堆焊一层铝基堆焊层，根据处理面积的大小决定采用焊接道数的多少，也就是基体并没有发生熔化，依靠熔化的铝基填充材料在基体表面润湿铺展形成连接，为了提高铝基钎料对母材金属的润湿性，可以做如下处理，基体表面镀锌或者在基体表面刷涂氟化物钎剂，焊接完毕以后，铝和金属基体通过中间的界面化合物层连接在一起，如果需要控制界面层的厚度，可以在金属基体的背面附加水冷装置，以减小界面扩散层的厚度。 2、根据结构的实际要求确定覆盖在金属基体表面上的铝层厚度，比如：可以采用线切割的方法将多余的铝堆焊层切除，将铝的表面进行打磨，以清除线 切割等加工造成的表面不平，然后进行去油、 水洗处理，得到金属基体-铝层复合体。 3、采用绝缘涂料将不需要微弧氧化的部分保护，然后对金属-铝层复合体的表面进行微弧氧化，在铝层表面获得原位生长的氧化铝陶瓷，陶瓷膜层通过铝-界面层与金属基体结合在一起，实现金属基体表面
耐蚀、绝缘等的使用要求，最后经过水洗、烘干，便获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷的复合体系，完成了对金属的表面改性处理。 通过以上处理便可以在金属表面获得金属-界面扩散层-铝-陶瓷组成的结构体系，完成对一些金属基体的表面陶瓷化处理。其优点是通过熔钎焊的方式在金属基体表面附加铝堆焊层，避免了母材的熔化，消除了微弧氧化方法处理某些金属的限制，使铝的微弧氧化工艺比较成熟、氧化铝陶与铝的结合力强等。由于微弧氧化是在铝的表面原位生成陶瓷，可以使得膜层与基体结合牢固，陶瓷膜致密均匀。
陶瓷和金属的连接
陶瓷和金属的连接 姓名：王玉琪学号：1130420125 一·为什要将陶瓷与金属连接在一起 陶瓷材料具有许多传统材料不具备的优点。陶瓷材料主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化硼、氮化硼等，材料的性能特点主要是硬度高、耐高温、耐磨、大部分材料绝热绝缘性好、比重小于钢铁，主要用于工程机械配套需要耐高温、耐磨的场合，如航天工业高速摩擦件、各种密封件、泵和压缩机的柱塞和缸套、高级轴承等。 但是陶瓷材料脆、不耐冲击、抗拉及抗弯曲较差，而金属材一般有很高的机械强度、韧性好、较能耐高温、导电传热性好，广泛应用于机械工程中关键零部件和一切重工业中的大型构件，在工业生产中有广泛的应用。 陶瓷和金属材料的连接，可以很好地使两种材料的性能得到更好的发挥，如将 CC 与 TiAl 连接起来应用在航空航天领域中的热端部件，如制成火箭发动机喷管构件等，可以大大减轻构件重量，提高火箭发动机推重比。因而，研究陶瓷和金属两种材料简便、高效、节能的连接方法很有工业应用前景。 二·陶瓷与金属连接特点 金属和陶瓷是两类完全不同的材料。它是把两种材料性能差异很大的零件采用合适的工艺过程连接成为一个整体。由于陶瓷和金属在物理性质、化学键型、力学性质和微观结构等方面差异很大,使用一般的方法是很难按照需求把它们连接到一起的。 陶瓷与金属连接过程中，绝大多数金属与陶瓷存在较大的热失配,在加热过程中连接陶瓷与金属时,由于接头处很容易产生残余应力,使接头的力学性能被削弱;熔化的金属很难润湿陶瓷;陶瓷耐热冲击力弱,有较低的热导率,加热时很容易产生裂纹,所以应该控制加热和冷却速度并减小焊接区域的温度梯度。
金属和陶瓷的焊接属于异种材料的焊接，一般需要添加中间层，中间层的使用对焊接接头性能影响很大。焊接中间层在金属和陶瓷的连接连接中的主要作用包括：1改善母材表面接触，润湿母材；2可以抑制夹杂物的形成，促进其破碎或分解；3改善冶金反应，避免或者减少形成脆性金属间化合物和有害的共晶组织，优化接头显微结构从而提高接头强度；4可以降低焊接温度、减少扩散焊接时间，从而控制接头应力、提高接头强度；5减小金属和陶瓷间因力作用，改善因膨胀系数不同造成的变形。实验表明，添加不同厚度的中间层对接头强度的影响不同。ZrB2-SiC 陶瓷和 Ni 的扩散焊实验中发现：中间层为固态 Ni 和 1mm 泡沫Ni 会发生脆性断裂；2和 4mm 厚中间层时，外加载荷应力达到塑性应变，随后残余阻力导致接头失效；6mm 中间层有很好的塑性，但由于泡沫金属的多孔性导致接头刚度较低。 三·金属与陶瓷的扩散焊 扩散焊是压焊的一种，它是指在相互接触的表面，在高温压力的作用下，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过程。影响扩散焊质量的焊接工艺参数因素很多，主要有焊接温度、保温时间、焊接压力等，合理控制影响因素保证焊接接头力学性能，一直是众多研究者关注的焦点。 焊接温度是促进原子扩散连接的最主要因素。扩散系数D与加热温度 T成指函数关系。提高加热温度能够提高原子，分子的能量，对消除空隙起着决定性作用。温度还影响被焊材料原子的扩散行为及材料的屈服强度，但温度过高，接头强度有所降低。 保温时间是影响扩散焊接接头质量的重要因素。保温时间过短，元素扩散不能充分进行，严重时会导致焊缝中残留许多孔洞，焊接接头强度不高；但是，保温时间过长，会使焊件晶粒粗大，降低力学性能。在焊接过程中，扩散原子走过的平均距离与扩散时间的平方成正比，因此，必须选择合适的保温时间，得到一定宽度并且组织结构优良的扩散层，从而得到性能良好的焊接接头。 焊接面微观存在许多凸起，凸起程度主要取决于表面粗糙度。在焊接过程中常施加压力使焊接表面微观凸起部分产生塑性变形，激活界面区原子，消除界
焊接种类和焊接技术
按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三类。 一、熔焊 是焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压完成焊接的方法。在加热的条件下增强了金属的原子动能，促进原子间的相互扩散，当被焊金属加热至溶化状态形成液体熔池时，原子之间可以充分扩散和紧密接触，因此冷却凝固后，即形成牢固的焊接接头（可用冰作比喻）。常见的有气焊、电弧焊、电渣焊、气体保护焊等都属于熔焊的方法。 二、压焊 是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成的焊接方法。这类焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊和气压焊等就是这种压焊方法。二是不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够的压力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固的接头，这种方法有冷压焊、爆炸焊等（主要用于复合钢板）。 三、钎焊 是采用比母材熔点低的金属材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头之间间隙并与母材相互扩散实现联接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁焊、火焰钎焊。 常用焊接方法的基本原理及用途 目前的焊接方法的分类 一、熔焊 1、气焊： 利用氧乙炔或其他气体火焰加热母材和填充金属，达到焊接目的。火焰温度为3000℃左右。适用于较薄工件，小口径管道、有色金属铸铁、钎焊。 2、手工电弧焊： 利用电弧作为热源熔化焊条与母材形成焊缝的手工操作焊接方法，电弧温度在6000-8000℃左右。适用于黑色金属及某些有色金属焊接，应用范围广，尤其适用于短焊缝，不规则焊缝。 3、埋弧焊： (分自动、半制动)电弧在焊剂区下燃烧，利用颗粒状焊剂，作为金属熔池的覆盖层，将空气隔绝使其不得进入熔池。焊丝由送丝机构连续送入电弧区，电弧的焊接方向、移动速度用手工或机械完成。 适用于中厚板材料的碳钢、低合金钢、不锈钢、铜等直焊缝及规则焊缝的焊接。 4气电焊： （气体保护焊）利用保护气体来保护焊接区的电弧焊。保护气体作为金属熔池的保护层把空气隔绝。采用的气体有惰性气体、还原性气体、氧化性气体适用于碳钢、合金钢、铜、铝等有色金属及其合金的焊接。氧化性气体适用于碳钢及合金钢的合金 5、离子弧焊： 利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000℃左右。 二、压焊