铍铜和工具钢的扩散焊接方法

技术领域

本发明属于及金属材料的连接技术领域，涉及一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法。

背景技术

铍属稀有金属，具有密度低，比强度和比热容高以及导热性好等优点，铍铜合金化学式为BeCu，是一种综合性能优良的有色合金弹性材料，主要用于制造连接器、弹片、开关和其它电子电器设备的器件，用于航空航天飞行器、汽车、计算机、国防和移动通讯等领域。

铍铜与工具钢的连接是核工业工程材料的难点之一，由于铍的延展性差，脆性大，与不锈钢的相容性差；高温下易与其它许多金属反应生成脆性的金属间化合物；焊接中易产生气孔、裂纹等，导致铍铜与工具钢连接存在较大困难。

专利CN114473163A提出一种铍铜的焊接方法，首先将焊接面清理干净水平放置在电阻焊装置上，对铍铜焊接面涂抹上一层耐高温涂层；然后用电阻焊装置的电极对焊件接触部位，施加1500℃~2000℃的温度，使两个焊件均达到熔点温度，移动两个焊件，进行接触完成焊接；最后为了保证铍铜原有的性能，待焊件冷却后，需要再次进行热处理，热处理后进行冲压处理。该方法需要电阻焊，热处理，冲压处理，步骤繁琐，难以批量生产，焊接成功率不能完全保证。其次电阻焊温度高，容易对焊接母材造成损害，即使再次进行热处理，也难以保证被焊接件恢复到焊接前的性能。

专利CN106271013A 发明了一种铜及铜合金与钢的低真空扩散焊方法，将铜/铜合金和钢的待焊面打磨、清洗后对接组装，在对接面之间铺设去膜剂或含有去膜剂的金属夹层，装配得到连接件，所述去膜剂为B、Li、B

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法，包括以下步骤：

（1）将铍铜和工具钢焊接面打磨抛光平整，然后洗净；

（2）将铍铜和工具钢装入包套中进行装配；

（3）将装配好的包套送入真空脱气炉，温度设置为300~350℃，在此过程中对包套进行抽真空；

（4）将脱完气的包套装入热等静压设备中，然后进行热等静压，保护性气体作为压力介质，热压温度为600~650℃，压力为100~130Mpa，保温保压时间2~4h；

（5）热等静压完成后随炉降温，然后出炉，将包套割开，得到铍铜-工具钢扩散焊接成品。

优选地，步骤（1）中，将铍铜和工具钢焊接面用机械打磨抛光平整。

优选地，步骤（1）的洗净方式为：先酸洗，酸洗后使用有机溶剂对焊接面进行清洗；进一步优选地，酸洗的酸液采用质量浓度8~18%的稀盐酸或稀硫酸，有机溶剂采用丙酮或酒精，有机溶剂的清洗方式采用超声波清洗。

优选地，步骤（3）中，升温速率5~10℃/min。

优选地，步骤（3）中，保温时间3~5h。

优选地，步骤（3）中，抽真空至真空度为2×10

优选地，步骤（4）中，保护性气体为惰性气体或氮气。

优选地，步骤（4）中，升温速率2~5℃/min。

优选地，步骤（2）中，所述包套包括底板、外侧板、支撑板、石墨纸、盖板和除气管，底板安装在外侧板底部，盖板安装在外侧板顶部，所述盖板上设有通孔，通孔处安装除气管，支撑板、石墨纸垫设于底板、外侧板、盖板形成的容纳空间内。

进一步优选地，装配过程具体为：将底板和外侧板进行装配，形成一端开口的包套半成品，在包套半成品的侧壁和底部垫石墨纸，然后以支撑板、石墨纸、铍铜、工具钢为循环单元依次放置，其中循环单元中，铍铜和工具钢的顺序可调换，至最后一个循环单元放置完成，再依次放置支撑板、石墨纸，最后使用盖板密封固定包套半成品的开口，并在盖板通孔处安装除气管，完成装配。

进一步优选地，最顶部石墨纸与包套半成品的开口平齐。

进一步优选地，所述底板与外侧板、顶板与外侧板、顶板与除气管的安装方式均为焊接固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明所采用的包套抽真空脱气-热等静压扩散焊接工艺，能保证产品制备过程处于无限接近真空状态，使得包套内外形成较大压力差，让包套内的铍铜和工具钢均匀受到较大压力，使二者紧密结合。热等静压工艺采用惰性气体介质加压，焊件受力均匀，不易发生变形，也可以降低扩散焊接温度。最后制得的铍铜-工具钢扩散焊接成品得焊接面结合率较高，并具备很好的抗拉强度。

（2）本发明采用热等静压工艺，热等静压设备空间大，可以批量焊接，焊接后的样品无需加工，可以直接使用，效率高，成本低。

（3）本发明采用包套加热抽真空脱气，能有效出去包套内的水汽，氧气等，使包套内部形成超低压真空，避免焊接面生产金属间氧化物，氢化物等有害物质。

（4）本发明扩散焊接温度600~650℃，可以有效避免焊接母材受热软化，从而避免焊接样品产生变形，晶粒长大，再结晶等问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的装配结构示意图；

其中：1—盖板、2—工具钢、3—铍铜、4—支撑板、5—石墨纸、6—除气管、7—外侧板、8—底板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例公开了一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法，包括以下步骤：

（1）焊接表面处理，将铍铜和工具钢焊接面用机械打磨抛光平整，然后用15%的稀盐酸将焊接表面冲洗干净，保证焊接面具备良好的扩散焊接条件；

（2）参见图1，准备包套，包套包括底板8、外侧板7、支撑板4、石墨纸5、盖板1和除气管6，底板8安装在外侧板7底部，盖板1安装在外侧板7顶部，所述盖板1上设有通孔，通孔处安装除气管6，支撑板1、石墨纸5垫设于底板8、外侧板7、盖板1形成的容纳空间内。装配过程具体为：将底板8和外侧板7进行装配，形成一端开口的包套半成品，在包套半成品的侧壁和底部垫石墨纸5，然后依次垫设支撑板4、石墨纸5、铍铜3、工具钢2，再依次放置支撑板4、石墨纸5，最顶部石墨纸5与包套半成品的开口平齐，最后使用盖板1密封固定包套半成品的开口，并在盖板1通孔处安装除气管6，完成装配，底板8与外侧板7、盖板1与外侧板7、盖板1与除气管6的安装方式均为焊接固定；

（3）将装配好的包套送入真空脱气炉，将温度升到300℃，升温速率5℃/min，保温5h，在此过程中对包套进行抽真空，至真空度达到1.0×10

（4）将脱完气的包套装入热等静压设备中，然后进行热等静压，氩气作为压力介质，其中热压温度为600℃，压力为100Mpa，保温保压时间4h，升温速率5℃/min；

（5）随炉降温后出炉，出炉后将包套割开，取出焊接样品，将表面处理干净，得到铍铜-工具钢扩散焊接成品。

用万能电子拉伸试验机测量焊接样品抗拉强度，超声波探伤仪测焊接面结合率，检测数据详见表1。

实施例2

本实施例公开了一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法，包括以下步骤：

（1）焊接表面处理，将铍铜和工具钢焊接面用机械打磨抛光平整，然后用15%的稀盐酸将焊接表面冲洗干净，保证焊接面具备良好的扩散焊接条件；

（2）参见图1，准备包套，包套包括底板8、外侧板7、支撑板4、石墨纸5、盖板1和除气管6，底板8安装在外侧板7底部，盖板1安装在外侧板7顶部，所述盖板1上设有通孔，通孔处安装除气管6，支撑板1、石墨纸5垫设于底板8、外侧板7、盖板1形成的容纳空间内。装配过程具体为：将底板8和外侧板7进行装配，形成一端开口的包套半成品，在包套半成品的侧壁和底部垫石墨纸5，然后依次垫设支撑板4、石墨纸5、铍铜3、工具钢2，再依次放置支撑板4、石墨纸5，最顶部石墨纸5与包套半成品的开口平齐，最后使用盖板1密封固定包套半成品的开口，并在盖板1通孔处安装除气管6，完成装配，底板8与外侧板7、盖板1与外侧板7、盖板1与除气管6的安装方式均为焊接固定；

（3）将装配好的包套送入真空脱气炉，将温度升到330℃，升温速率8℃/min，保温4h，在此过程中对包套进行抽真空，至真空度达到1.0×10

（4）将脱完气的包套装入HiP设备中，然后进行热等静压，氩气作为压力介质，其中热压温度为620℃，压力为115Mpa，保温保压时间：3h，升温速率3℃/min；

（5）随炉降温后出炉，出炉后将包套割开，取出焊接样品，将表面处理干净，得到铍铜-工具钢扩散焊接成品。

用万能电子拉伸试验机测量焊接样品抗拉强度，超声波探伤仪测焊接面结合率，检测数据详见表1。

实施例3

本实施例公开了一种铍铜和工具钢的扩散焊接方法，包括以下步骤：

（1）焊接表面处理，将铍铜和工具钢焊接面用机械打磨抛光平整，然后用15%的稀盐酸将焊接表面冲洗干净，保证焊接面具备良好的扩散焊接条件；

（2）参见图1，准备包套，包套包括底板8、外侧板7、支撑板4、石墨纸5、盖板1和除气管6，底板8安装在外侧板7底部，盖板1安装在外侧板7顶部，所述盖板1上设有通孔，通孔处安装除气管6，支撑板1、石墨纸5垫设于底板8、外侧板7、盖板1形成的容纳空间内。装配过程具体为：将底板8和外侧板7进行装配，形成一端开口的包套半成品，在包套半成品的侧壁和底部垫石墨纸5，然后依次垫设支撑板4、石墨纸5、铍铜3、工具钢2，再依次放置支撑板4、石墨纸5，最顶部石墨纸5与包套半成品的开口平齐，最后使用盖板1密封固定包套半成品的开口，并在盖板1通孔处安装除气管6，完成装配，底板8与外侧板7、盖板1与外侧板7、盖板1与除气管6的安装方式均为焊接固定；

（3）将装配好的包套送入真空脱气炉，将温度升到350℃，升温速率10℃/min，保温3h，在此过程中对包套进行抽真空，至真空度达到1.0×10

（4）将脱完气的包套装入HiP设备中，然后进行热等静压，氩气作为压力介质，其中热压温度为650℃，压力为130Mpa，保温保压时间：2h，升温速率2℃/min；

（5）随炉降温后出炉，出炉后将包套割开，取出焊接样品，将表面处理干净，得到铍铜-工具钢扩散焊接成品。

用万能电子拉伸试验机测量焊接样品抗拉强度，超声波探伤仪测焊接面结合率，检测数据详见表1。

从表1数据可以看出，本发明制备所得铍铜-工具钢扩散焊接成品的焊接面结合率较高，并具备很好的抗拉强度。

表1

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。