本公開涉及金屬焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬套接部件的擴散焊接方法。

背景技術(shù)：

微波真空電子器件是指在真空或氣體介質(zhì)中，由于電子或離子在電極間的傳輸而產(chǎn)生信號的放大與轉(zhuǎn)換效應(yīng)的有源器件。微波真空電子器件經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為了當代國防裝備和國民經(jīng)濟各部門都在使用的一類最重要的電子學器件。在信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和人民的日常生活中，真空電子器件也發(fā)揮著重要的作用。作為雷達、通信、電子對抗、電子干擾等領(lǐng)域的重要部分，實際的服役條件對真空電子器件的質(zhì)量提出了極高的要求。

對于通常的電子器件的外殼體結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上通常采用釬焊的方式進行不銹鋼與無氧銅的焊接。但是由于電子器件中的外殼體結(jié)構(gòu)通常處在高壓電場、磁場中，可能會受到電子的轟擊，工作溫度高達數(shù)百攝氏度。此時，如果釬焊焊接質(zhì)量差，將直接導致不銹鋼與無氧銅在服役條件下變形、開裂，最終不能保證電子器件中的真空環(huán)境，對整體設(shè)備造成巨大的損傷。針對真空電子器件越來越小型化的發(fā)展趨勢，釬焊的焊接方法焊縫寬度大，越來越難以滿足整體器件的尺寸要求。同時，真空電子器件的精密結(jié)構(gòu)要求不銹鋼與無氧銅薄壁件之間的焊接成型方法具有相當高的尺寸精度。因此，改進不銹鋼與無氧銅之間的焊接方法，對于滿足真空電子器件的性能要求與使用要求有著重要的影響。

公開內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本公開提供了一種金屬套接部件的擴散焊接方法，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本公開金屬套接部件的擴散焊接方法包括：

獲得待焊接的金屬外套和金屬內(nèi)套、脹芯，其中：

金屬內(nèi)套的材料不同于金屬外套的材料，金屬內(nèi)套的外側(cè)面與金屬外套的內(nèi)側(cè)面為相匹配的圓柱面，金屬內(nèi)套的內(nèi)側(cè)面呈第一錐形面；

脹芯可放入金屬內(nèi)套內(nèi)，其外側(cè)面與金屬內(nèi)套的內(nèi)側(cè)面相匹配，呈與第一錐形面互補的第二錐形面；

進行金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的裝配：將金屬內(nèi)套放入金屬外套中，使金屬外套與金屬內(nèi)套之間為滑動間隙配合；將脹芯放入金屬內(nèi)套中，使脹芯與金屬內(nèi)套壓緊，兩者配合無間隙；

將裝配好的金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯裝入擴散焊爐；

在高溫和真空條件下，向脹芯施加軸向的位移載荷，在第一錐形面和第二錐形面共同形成的接觸面的作用下，脹芯將所受到的軸向位移轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛭灰?，將金屬?nèi)套的外側(cè)面與金屬外套的內(nèi)側(cè)面壓緊并將兩者結(jié)合在一起，實現(xiàn)金屬內(nèi)套和金屬外套的擴散焊接。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，第一錐形面和第二錐形面的錐角α介于1°～30°之間。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，錐角α介于1°～5°之間。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，進行金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的裝配的步驟之前還包括：在金屬外套和金屬內(nèi)套的待焊接面上形成中間過渡層。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，中間過渡層的成分為鎳或銀，其厚度介于0.003-0.008mm之間。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，形成中間過渡層的工藝為電鍍或者化學鍍。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，進行金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的裝配的步驟之前還包括：對金屬外套和金屬內(nèi)套的待焊接面進行表面處理，使待焊接面無毛刺和劃痕，表面光潔度ra≤1.6μm；對脹芯的外側(cè)面進行表面處理，表面處理使脹芯的外側(cè)面無毛刺和劃痕，表面光潔度ra≤1.6μm。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，金屬外套的材料為不銹鋼；金屬內(nèi)套的材料為無氧銅。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，脹芯的材料為不銹鋼或耐熱高強鋼。

優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，將裝配好的金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯裝入擴散焊爐的步驟之后，對擴散焊爐進行抽真空操作，在達到預設(shè)真空度后，采用階梯升溫的方式對擴散焊爐進行升溫；在高溫和真空條件下，向脹芯施加軸向的位移載荷的步驟中：高溫≥1000℃，真空度優(yōu)于10^-3pa，分階段向脹芯施加軸向的位移載荷。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本公開金屬套接部件的擴散焊接方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用真空擴散焊接的方法進行金屬內(nèi)套與金屬外套之間的焊接，相較于釬焊方法，尺寸精度高，兩種金屬材料之間結(jié)合更加緊密，焊接質(zhì)量與結(jié)合強度大大提高；

(2)利用脹芯，采用錐形面將軸向的位移轉(zhuǎn)化為金屬內(nèi)套的徑向位移，完成金屬內(nèi)套與金屬外套的擴散焊接，形成了可靠的結(jié)合強度高的焊縫；

(3)不使用釬料，利用兩種不同材料間原子在高溫和壓力下的擴散作用完成薄壁件的圓周方向焊接，獲得符合要求的焊縫。

附圖說明

圖1為本公開實施例不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法的流程圖。

圖2為圖1所示不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法在放入擴散焊爐前，裝配好的金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的示意圖。

圖3為圖1所示不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法中擴散焊爐階梯升溫的示意圖。

【本公開實施例附圖主要元件符號說明】

1-不銹鋼外套；2-不銹鋼脹芯；3-無氧銅內(nèi)套。

具體實施方式

本公開提供一種金屬套接部件的擴散焊接方法，該方法能有效的實現(xiàn)兩種不同材料的金屬內(nèi)套和金屬外套之間的擴散焊接過程，獲得具有良好焊接結(jié)合強度的薄壁殼體組件。

為使本公開的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本公開進一步詳細說明。

在本公開的第一個示例性實施例中，提供了一種不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法。圖1為本公開實施例不銹鋼與無氧銅真空擴散焊接的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例不銹鋼與無氧銅真空擴散焊接的方法包括：

步驟a：獲得金屬外套，其內(nèi)側(cè)面呈圓柱面；

本實施例中，金屬外套的材料為不銹鋼，其材料牌號為：1cr18ni9ti。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當知曉，除了不銹鋼材料之外，還可以采用其他材料制備外套，同樣可以應(yīng)用本發(fā)明。

步驟b：獲得金屬內(nèi)套，金屬內(nèi)套的材料不同于金屬外套的材料，金屬內(nèi)套的外側(cè)面與金屬外套的內(nèi)側(cè)面為相匹配的圓柱面，金屬內(nèi)套的內(nèi)側(cè)面呈第一錐形面；

本實施例中，金屬內(nèi)套的材料為無氧銅，其材料牌號為：tu1。無氧銅內(nèi)套可以自行加工而成，也可以通過采購獲得。

步驟c：獲得可放入金屬內(nèi)套內(nèi)，外側(cè)面呈第二錐形面的脹芯，該第二錐形面與第一錐形面互補；

在本實施例中，脹芯的材料為耐熱不銹鋼，材料牌號為cr25ni18。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當知曉，除了耐熱不銹鋼之外，還可以采用耐熱高強鋼或其他滿足強度要求的金屬或非金屬材料制備。

請參照圖2，本實施例中，第一錐形面和第二錐形面互補，兩者的錐角α可以根據(jù)需要進行選擇，介于1°～30°之間，優(yōu)選地介于1°～10°之間，更優(yōu)選地介于1°～5°之間。

在這種情況下，脹芯可以插入內(nèi)套中，兩者之間錐形面可以良好匹配，裝配后兩者之間無間隙。

步驟d：對金屬外套和金屬內(nèi)套的待焊接面進行表面處理，去除表面毛刺和劃痕，令待焊接面的表面光潔度ra≤1.6μm；

需要說明的是，此處的待焊接面的表面處理，以及后續(xù)的形成中間過渡層、脹芯的表面處理和去油處理，可以自行進行，也可以購買已經(jīng)經(jīng)過相應(yīng)處理的成品，只要在焊接之前，相應(yīng)的零件符合要求即可。

步驟e：在金屬外套和金屬內(nèi)套的待焊接面形成中間過渡層；

本實施例中，在不銹鋼外套和無氧銅內(nèi)套上的中間過渡層為鎳層，其厚度介于0.003-0.008mm之間。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚，中間過渡層中的活化元素有利于不銹鋼外套和無氧銅內(nèi)套的緊密結(jié)合。除了鎳之外，還可以采用銀等成分來制備中間過渡層來輔助焊接，制備方式可以是電鍍或者化學鍍。

步驟f：對脹芯的外側(cè)面(與金屬內(nèi)套相接觸的面)進行表面處理；

在表面處理中，需要去除表面毛刺和劃痕，令其與內(nèi)側(cè)金屬內(nèi)套接觸的外側(cè)面的表面光潔度ra≤1.6μm。在表面處理中還可以包括除油處理。

步驟g：進行金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的裝配；

圖2為圖1所示不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法在放入擴散焊爐前，裝配好的金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯的示意圖。如圖2所示，將無氧銅內(nèi)套3放入不銹鋼外套1中，使不銹鋼外套1與無氧銅內(nèi)套3之間為滑動間隙配合；將不銹鋼脹芯2放入無氧銅內(nèi)套3中，不銹鋼脹芯2與無氧銅內(nèi)套3之間的接觸面滑動配合無間隙。

步驟h：將裝配好的金屬外套、金屬內(nèi)套和脹芯裝入擴散焊爐，對擴散焊爐抽真空并升高溫度；

對擴散焊爐進行抽真空操作，預設(shè)的真空度要求為≤10^-3pa。在真空度達到≤10^-3pa后，真空狀態(tài)一直保持到保溫階段結(jié)束。擴散焊接階段所需的溫度為≥800℃。并且，在升溫階段，優(yōu)選采用階梯升溫的方法。

圖3為圖1所示不銹鋼與無氧銅的真空擴散焊接方法中擴散焊爐階梯升溫的示意圖。如圖3所示，本實施例中，在抽真空階段完成后，首先通過20分鐘的加熱過程，將組件加熱至350℃，保溫60分鐘；然后通過60分鐘的加熱，將組件加熱至800℃，保溫60分鐘；最后通過90分鐘的加熱，將組件加熱至1000℃，保溫140分鐘，然后進入冷卻過程。在保溫1000℃下，執(zhí)行步驟i，完成擴散焊。

步驟i：向脹芯施加軸向的位移載荷，在第一錐形面和第二錐形面共同形成的接觸面的作用下，脹芯將所受到的軸向位移轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛭灰?，將金屬?nèi)套的外側(cè)面與金屬外套的內(nèi)側(cè)面壓緊并將兩者結(jié)合在一起，實現(xiàn)金屬內(nèi)套和金屬外套的擴散焊接；

本步驟中，在下壓的過程中，當位移量達到要求時，停止加壓，并降溫到室溫，擴散焊接完成；

需要特別說明的是，在不銹鋼脹芯下壓過程中，溫度是保持在1000℃，真空度是為≤10^-3pa。并且，在降溫至室溫的過程中，真空度始終是滿足≤10^-3pa。

本步驟中，將不銹鋼脹芯的軸向位移變?yōu)闊o氧銅內(nèi)套與不銹鋼外套的徑向位移，完成無氧銅內(nèi)套與不銹鋼外套焊接，通過對軸向位移的精確控制，完成對徑向擴散焊位移的精確控制，完成徑向的擴散焊。

對于真空電子器件而言，本實施例真空擴散焊接的優(yōu)點在于：(1)相比于釬焊方法通過釬料將焊件連接起來，擴散焊接形成了互相擴散的原子層，屬于原子級別的緊密結(jié)合，結(jié)合強度更高，結(jié)合效果更好；(2)擴散焊接的焊接接頭質(zhì)量比釬焊更好，在應(yīng)對強磁場，高溫度，對抗電子轟擊的服役條件時能保持更長時間的壽命，失效時間大大延后；(3)擴散焊接的焊縫寬度小，對于整體器件的尺寸精度控制帶來了極大的便利；(4)在真空壓力擴散焊接的過程中，采用軸向的位移載荷加載，將兩薄壁件通過擴散焊接在一起。

步驟j：將插入無氧銅內(nèi)套的不銹鋼脹芯取出，將焊接后的不銹鋼外套和無氧銅內(nèi)套進行機械加工，最終獲得符合尺寸要求的組件。

由于在擴散焊接后，不銹鋼外套和無氧銅內(nèi)套的尺寸留有余量，可以對其進行二次加工至所需尺寸。

本公開焊接過程中不使用釬料，利用兩種不同材料間原子在高溫和壓力下的擴散作用完成薄壁件的圓周方向焊接，獲得符合要求的焊縫。

以下介紹一應(yīng)用上述實施例的具體實例；

(1)將1cr18ni8ti不銹鋼材料加工至具有外徑、內(nèi)徑、高44.8mm的圓筒型的不銹鋼外套，將cr25ni18不銹鋼材料加工至一端為、錐角為3.2°、高度為54mm的圓錐形脹芯，將tu1無氧銅加工至外徑、內(nèi)徑與圓錐形脹芯匹配的無氧銅內(nèi)套。

(2)將不銹鋼外套化學鍍，無氧銅內(nèi)套化學鍍，圓錐形脹芯除油清洗。不銹鋼外套與無氧銅內(nèi)套采用化學鍍的方法在表面鍍鎳，鎳層的厚度介于0.003-0.008mm之間。

(3)將裝配好的組件裝入擴散焊設(shè)備，對組件周圍抽真空至小于10^-3pa，并升高溫度，升溫階段采用階梯升溫的方法，圓錐形脹芯分階段施加軸向位移載荷，將無氧銅內(nèi)套與不銹鋼外套壓緊，下壓階段完成后，組件降溫至室溫，完成擴散焊過程。

(4)組件冷卻取出后，將插入無氧銅內(nèi)套的不銹鋼脹芯取出，對焊接后的不銹鋼外套和無氧銅內(nèi)套進行機械加工，最終獲得符合最終尺寸要求的組件。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本公開實施例進行了詳細描述。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如，除了不銹鋼之外，還其他材料的金屬外套；除了無氧銅之外，其他材料的金屬內(nèi)套，均可以應(yīng)用于本公開。

依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當對本公開不銹鋼與無氧銅真空擴散焊接的方法有了清楚的認識。

綜上所述，本公開采用真空擴散焊接的方式實現(xiàn)不銹鋼與無氧銅的有效結(jié)合。擴散焊接時通過將焊件材料的表面互相接觸并保持緊密貼合，對焊件施加一定的溫度載荷和壓力載荷，通過對材料接觸表面的微塑性變形，使不同焊件之間表面的原子發(fā)生擴散，形成可靠連接，并完成整個焊接過程，具有焊接質(zhì)量好的優(yōu)點，在真空電子器件的焊接方面有良好的應(yīng)用前景。

還需要說明的是，實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“正”、“倒”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本公開的保護范圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在可能導致對本公開的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。

并且圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本公開實施例的內(nèi)容。另外，在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。

除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權(quán)利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本公開的內(nèi)容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權(quán)利要求中表示組成的含量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字，應(yīng)理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實施例中±10％的變化、在一些實施例中±5％的變化、在一些實施例中±1％的變化、在一些實施例中±0.5％的變化。

再者，單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。

此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

類似地，應(yīng)當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個方面中的一個或多個，在上面對示例性實施例的描述中，本公開的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本公開要求比在每個權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，公開方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權(quán)利要求本身都作為本公開的單獨實施例。

以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本公開的保護范圍之內(nèi)。