[发明专利]一种铝锂合金扩散焊焊接方法

说明书

一种铝锂合金扩散焊焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：步骤1，对待焊接的铝锂合金进行加工使其待扩散连接表面达到预定粗糙度，然后清洗去除污渍和氧化膜；清洗3A21铝合金中间层；步骤2，将3A21铝合金中间层置于两个待焊接的铝锂合金的待扩散连接表面之间，施加预设压力后抽真空至工作真空度；步骤3，采用阶段升温的方式进行加热直至温度升至工作温度，施加工作压力，维持工作压力和工作温度至扩散焊完成。用3A21铝合金作中间层1420铝锂合金真空扩散连接可以改善扩散条件，加速扩散过程，提高原子的扩散程度从而获得高质量高强度接头，剪切强度可达到131MPa，热处理后强度会更高。

技术领域

本发明涉及金属扩散焊技术领域，特别是涉及一种铝锂合金的扩散焊焊接方法，具体涉及一种3A21铝合金中间层的1420铝锂合金扩散焊焊接方法，属于扩散焊领域。

背景技术

铝锂合金是一种新型轻合金材料，以其较小的密度和较高的弹性模量而成为航天航空领域一种很有发展潜力的材料，可使结构重量大大降低。铝锂合金结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重技术指标，但其涉及的焊接技术作为轻量化设计中关键问题仍未得到有效而定解决。

铝锂合金的焊接方法有激光焊、氩弧焊、搅拌摩擦焊、电子束焊、钎焊等，但熔化焊时，易产生焊接热裂纹、锂的烧损、气孔等缺陷，使接头性能降低，钎焊容易造成组织过烧，影响接头强度，采用真空扩散焊接方法能减少或避免与熔化焊有关的缺陷。

扩散焊是指在一定的温度和压力下，被连接表面相互接触，通过使界面局部发生微观塑性变形，或通过被连接表面产生的微观液相而扩大被连接表面的物理接触，然后界面原子间经过一定时间的相互扩散，形成整体可靠连接的过程。当两种材料很难焊接时，可在被焊材料之间加入一层金属或合金(称为中间层)，这样可以焊接很多难焊的材料，这种焊接方法叫做中间层扩散焊。

铝锂合金表面的氧化膜极其稳定，具有旧膜难除、新膜易生的特点，必须采用特殊方法实现铝锂合金的扩散连接。经过铝锂合金扩散连接技术的不断发展，在严格的工艺条件下铝锂合金扩散连接接头的剪切强度几乎达到了母材强度。

对铝锂合金的真空扩散焊的研究主要集中在铝锂8090和2090系列，通过用真空扩散焊方法获得了抗剪强度不低于母材90％的接头，但数据波动性大，可重复性差，而有关1420铝锂合金的真空扩散焊接的研究还很少。英国剑桥大学Shirzadi等人提出了将液体金属镓(Ga)作中间层用于铝合金扩散连接的方法，并申请了发明专利。Ferchaud等人也对该方法进行了研究，获得了不错的扩散连接效果，并对镓(Ga)致铝合金表面活化的机理做了深入研究，牛涛等人采用涂擦方法开展了镓中间层1420铝锂合金扩散连接试验研究，获得了较好的连接质量，剪切强度为58.8MPa，陈文华等人采用不同的工艺分别选用铜(Cu)，镍(Ni)，锌(Zn)为作中间层真空扩散焊连接1420铝锂合金发现有铜(Cu)作为中间层的扩散焊试样接头均匀，有镍(Ni)中间层的扩散焊试样剪切强度最高为156MPa。

但是以上提到和目前现有的1420铝锂合金扩散焊焊接工艺都不太成熟，数据波动性大，可重复性差，很难得到比较好的连接质量，具有诸多不足：

(1)采用真空扩散焊无中间层焊接1420铝锂合金时，焊接效果较差，接头强度极低，几乎没有强度。

(2)用Cu作为中间层采用真空扩散焊焊接1420铝锂合金时，由于Cu的熔点高，1420铝锂合金熔点低，低温度焊接导致Cu元素扩散不充分，高温度焊接导致铝锂合金组织过烧接头，最终影响焊接效果，除此之外，焊后接头热剥离强度低，接头晶粒粗大。

(3用Ni作为中间层采用真空扩散焊焊接1420铝锂合金时，虽然提高了焊接强度，但是会污染炉体，影响其他产品的焊接。

(4)用Ga作为中间层采用扩散焊焊接方法一般是用液态Ga作抛光剂，将铝锂合金试样在加热到50℃的抛光盘上抛光10s，使Ga均匀的涂在试样表面，显然这种方法操作复杂，效率低，成本高。另外焊后剪强度58.8MPa，不满足许多产品的强度要求，同时还会污染炉体。