异种金属焊接

1、异种金属焊接技术何康生、曹雄夫编著 机械工业出版社 1986年10月第一版随着现代工业的发展，对结构和材料的要求越来越高，如造船和海洋工程要求解决大面积拼板、大型立体框架结构自动焊及各种低合金高强钢的焊接问题；石油化学工业要求解决各种耐低温及耐各种腐蚀性介质压力容器的焊接问题；航空航天工业中要求解决铝、钛等轻合金结构的焊接问题；重型机械工业中要求解决大截面构件的拼接问题；电子及精密仪表制造工业要求解决微精密焊件的焊接问题。工业产品的结构调整及技术进步对焊接技术提出了更高的要求，同时也促进了传统焊接工艺的变革与新型焊接技术的开发与应用。优质、高效、节能的现代焊接技术正逐步取代能耗大、效率低和工作

2、环境差的传统焊条电弧焊焊接工艺，焊接技术结构性的转变必将对装备制造业技术水平与生产能力的提升发挥更加重要的作用。现代化动力机械、化工和石油加工设备以及多种食品的许多零部件，都要在高温、巨大的载荷、强烈浸蚀性介质、电磁场或放射性环境中长期工作。因此，用来制造这些零部件的材料，必须是满足上述要求的特殊材料，如高合金钢、有色金属以及专用合金等。显然，如果整个设备和仪器都采用贵重材料制造，不但会使生产工艺过程大为复杂化、显著提高设备和仪器的造价、更重要的是满足不了使用要求。此外，运载火箭、航天器、超音速飞机、现代化的潜艇等部门的发展更与材料性能紧密相关，这些部门要求使用的材料在低温和高温下有很高的比强

3、度，以及在振动和高速运行时，具有足够的强度和寿命，以保证长期工作的可靠性。目前对所有材料的性能分析表明，单独使用任何一种材料都不能同时满足上述的全部要求。通常，任何一种构件在使用过程中，其各部分所承受的载荷并不一致，一部分零件的工作条件较差，可能接近许用应力的极限值，而另一部分零件的工作条件可能只承受很小的应力。显然，在这种场合下，应用异种金属焊接结构就比较合理。把异种金属零件连接成一个整体部件，焊接常常是最好的方法。有时也可以采用钎焊，但接头的强度和耐腐蚀等性能往往受到钎料性能的限制，不容易满足较高的使用要求。现有的机械连接法不但连接工艺复杂，而且在使用过程中多半不能满足可靠性要求。一些常用

4、金属的主要物理性能金属密度熔点比电阻线膨胀系数导热系数热容量晶格类型晶格参数202801000500050020/m3.m.10-8.10-6W/m.KJ/.Km.10-6Al27006602.624.0204880面心立方4.040V60001735268.330体心立方3.033W1930034105.54.0164525体心立方3.158Fe780015399.711.978460体心立方2.860Co890014956.212.569453稠密立方2.502/4.061Cu890010831.616.5390380面心立方3.608Mo1020026255.15.1152268体心立方

5、3.140Ni890014556.813.558444面心立方3.516Nb8500241513.16.252284体心立方3.294Sn730023211.521.064230正方晶格5.819/3.175Pb1130032720.629.535130面心立方4.493Ag105009601.618.9420210面心立方4.077Ta16600299612.46.656146体心立方3.295Ti45001820804.513578稠密立方2.953/4.729Zn71004195.930.0112370稠密立方2.659/4.935Zr65001750415.45.817289稠密立方3

6、.223/5.123常见异种金属组合、焊接方法及焊缝中的形成物被焊金属焊接方法焊缝中的形成物熔焊压焊溶液金属间化合物钢Al及Al合金电子束焊、氩弧焊冷压焊、电阻焊、扩散焊、摩擦焊、爆炸焊在-Fe中Al033%FeAl；Fe2Al3；Fe2Al7钢Cu及Cu合金氩弧焊、埋弧自动焊，电子束焊，等离子焊、电渣焊摩擦焊、爆炸焊在-Fe中Cu08%在-Fe中Cu014%钢Ti电子束焊、氩弧焊扩散焊、爆炸焊在-Ti中Fe0.5%在- Ti中Fe025%FeTi，Fe3Ti钢Mo扩散焊在-Fe中Mo含量可达6.7%FeMoFe3Mo2Fe7Mo8钢Nb在-Fe中Nb可达1.8%在-Fe中Nb可达1.0%Fe

7、NbFe2NbFe2Nb5钢V连续系列VnCm 型碳化物钢Ta电子束焊有限溶解Fe2TaAlCu氩弧焊埋弧自动焊冷焊、电阻焊、爆炸焊、扩散焊Al在Cu中溶解到9.8%以下CuAl2AlTi扩散焊、摩擦焊Al在-Ti中溶解到6%以下TiAl，TiAl3TiTa电子束焊氩弧焊连续系列TiCuCu在-Ti中溶解到2.1%以下,在-Ti中溶解到17%以下Ti2Cu，TiCu，Ti2Cu3，TiCu2，TiCu3CuMo电子束焊扩散焊CuTa特种焊接技术的应用范围焊接方法材料接头形式板厚焊件种类钢铁非铁金属对接T形接头搭接薄板厚板超厚板建筑机械车辆桥梁船舶压力容器核反应堆汽车飞机家用电器电子束焊ABAB

8、ABABBABBBBBABB激光焊AAACAABCBBBCCBBAAB等离子弧ABABAABBBAABBAABBC扩散连接AABBABACBABBBBBBAB摩擦焊ABACDBCCBABCCCCBCC超声波焊AADCAACDDCDDDDCBBB爆炸焊AAABABAABBBBABBBCC冷压焊BBCCAACDDCDDCDCCCB热压焊ADABCCACBCCCCCDCCD注：A表示最佳；B表示较好；C表示差；D表示最差。电子束焊异种金属时所采用的中间过渡层金属被焊金属过渡层金属NiTaPtMo钢Ni铬镍钢TiV铬镍钢ZrV钢硬质合金Co、NiAlCuZn、Ag黄铜PbSn低合金钢碳钢10MnSi8

9、电子束焊的异种金属组合AlBeCuGeAuFeMgMoNiPdPtSiAgTaIrTiWZrVUAlBeCuGeAuFeMgMoNiPbPtSiAgTaIrTiWZrVU激光焊的异种金属组合AlMoFeCuTaNiSiWTiAuAgGeCoAlMoFeCuTaNiSiWTiAuAgGeCo焊接良好电阻焊的异种金属组合1234567891011121314151铁2未氧化过的钢（C0.20%）3酸洗过的钢（C0.20%）4炉中加热的钢5粗钢6高强度合金钢7含Co钢8镀锌钢9镀锡钢10镀铬钢11FeCr合金(70/30)12Fe-Cr-Ni合金(74/18/8)13FeNi合金(64/36)14F

10、eNi合金(50/50)15FeNiCo合金(54/29/17)16171819202122232425262728293016Ag17Al18Al合金19Au20Cd21Cu22CuAl合金(96/4)23CuBe合金(97.5/2.5)24CuSn合金25CuZn26Mo27镍黄铜28Ni29锌白铜30W注：焊接性良好贮能焊的异种金属组合12345678910111、Al2、Ag3、Fe、Ni合金4、Cu、Ni合金5、Ni6、黄铜7、Cu8、钢9、Mo10、W11、Ta注：焊接性良好冷压焊的异种金属组合TiCdBePdPtSnPbWZnFeNiAuAgCuAiTiCdBePdPtSnPbW

11、ZnFeNiAuAgCuAl注：焊接性良好超声波焊的异种金属组合1234567891011121314151617181Al及Al合金2Be及Be合金3Cu、黄铜4Ge5Au6Fe、钢7Mg及Mg合金8Mo及Mo合金9Ni及Ni合金10Pb及Pb合金11Pt及Pt合金12Si13Ag及Ag合金14Ta及Ta合金15Sn16Ti及Ti合金17W及W合金18Zr及Zr合金注：焊接性良好摩擦焊的异种金属组合12345678910111213141516171819201Al2杜拉铝3铅4青铜5铸铁6Cu7电解铜8黄铜9蒙乃尔10Ni11NiCrTi合金12Ag13结构钢14合金钢15不锈钢16Ta1

12、7Ti18W19V20Zr注：焊接性良好爆炸焊的异种金属组合12345678910111213141516171819202122232425262728291234567891011121314151617181920212223242526272829注： 焊接性良好。1、低碳钢；2、中碳钢；3、低合金钢；4、合金钢；5、铸钢；6、不锈钢；7、Ni 及Ni合金；8、因康洛依；9、因康镍；10、蒙乃尔；11、哈斯特洛依；12、Cu；13、BeCu；14、黄铜；15、青铜；16、Al；17、Be；18、Nb；19、Nb合金；20、Au；21、铪；22、Mg；23、Mo；24、Pt；25、Ag；

13、26、Ta；27、W；28、Ti；29、Zr扩散焊的异种金属组合1234567891011121314151617181920212223241234567891011121314151617181920212223241、Al；2、Be；3、Pb；4、玻璃；5、石墨；6、灰口铸铁；7、硬质合金；8、陶瓷；9、康铜；10、柯氏合金；11、塑料；12、Cu；13、Mo；14、Ni；15、Nb；16、磷青铜；17、Ag；18、碳钢；19、高合金钢；20、Ta；21、Ti；22、W；23、钢青铜；24、Zr注：焊接性良好。金属压焊的理论基础压焊是在低于被焊金属熔点的温度下，不添加填充金属，施加一定的

14、压力，使接头产生必要的塑性变形，实现焊接的方法。压焊的机理极为复杂，它是理论家和工程师们长期以来所注意的课题，也是长期争论的内容，而且迄今为止，许多机理还远未被人们所揭示和了解。一、薄膜学说薄膜理论认为，焊接性并不取决于材料本身的性能，而是决定于零件被焊接表面的状态。只要去掉被焊金属表面的油膜和氧化膜，在协调一致变形（相互接触的两种不同金属在外力作用下，产生变形方向和变形速度相同的塑性变形，称为协调一致的变形）过程中，使被焊零件互相接近到原子间力的作用范围内，就能形成焊接接头。他们把氧化膜分成硬而脆的，和韧而易变形的两类。当金属零件冷变形时，硬而脆的氧化膜即被粉碎，裸露出清洁的金属层，当它们相

15、互接近到原子间力的作用距离时，就牢固的结合在一起；如果金属表面上的薄膜是韧而易变形的，在塑性变形时，易变形的氧化膜就会随同金属一起流动，而阻碍接头的形成。试验证明，两种被焊材料原子直径不同，对焊接过程的影响最大。用接触面上结晶方向不同的单晶体所做的试验表明，结晶的方向对金属的相互结合力也有很大的影响。此外，目前已经采用压焊的方法焊接金属与非金属材料，例如用扩散焊焊接金属与陶瓷，而陶瓷本身就是氧化物，这一事实已使纯洁金属表面的概念失去其意义。综上所述，薄膜理论虽然可以很好地解释冷压焊的焊接机理，但它已经不能解释其他压焊；实践中不断出现的许多现象，因此，不能用它来作为单纯地解释所有压焊的理论基础。

16、二、再结晶理论帕克斯根据金属在变形量很大时，再结晶温度会显著下降的事实提出了再结晶理论。在冷压焊时，形成接头的主要过程是接触区的再结晶过程。也就是说，金属的变形和变形所引起的冷作硬化，在高温的作用下，会使被焊零件界面边缘的晶格原子重新排列，形成同属于两个被焊件的共同晶粒，这样，就使相互接触的金属焊接在一起。但是，必须指出，再结晶理论首先要求在连接区形成共同的晶粒，其次要求在接触区两边形成晶粒方向一致的晶界。此外，还要求在界面上的晶粒要具有金属内部晶粒的一切特征。因此，我们说，再结晶理论所论证的问题，是接触表面已经产生结合以后的组织变化过程，而没有对结合过程的本身进行论证。实际上，许多试验说明，

17、赞成这一理论的人并没有掌握令人信服的依据。三、位错学说 位错学说认为当两个相互接触的金属产生协调一致的塑性变形时，位错迁移到金属的接触表面，从而使金属的氧化膜破除，并产生高度只有一个原子间隔距离的小台阶。把金属接触表面上出现位错看作是塑性变形阻力的减小，因而有利于金属的连接。但从另一个角度来看，金属表面上出现位错，必定会增加表面上的不平度，这就造成接触表面比内部金属大得多的塑性变形。由此可知，结合过程是接触区金属的塑性流动的结果。四、扩散理论卡扎柯夫提出了被焊金属在一定温度（0.60.8倍的熔化温度）下形成焊接接头的扩散理论。他认为，在接头区域中存在着一层很薄的互扩散理论。他认为，在接头区保证

18、了优质的焊接接头。看来，这一理论也不全面，根据这种扩散理论推断，如果增加互扩散区的厚度，应能提高接头的机械性能。但事实并非完全如此。在任何形式的固态焊过程中，必这都会产生扩散过程，当然它对接头的形式的固态焊过程中，必定都会产生扩散过程，当然它对接头的形成过程会有所影响。实践证明，对同种金属，扩散确实起到了有利的影响，但它仅是一种次要的影响。异种金属固态焊的实际结果，有时完全相反。扩散理论的致命弱点是：它没有考虑接触表面的激活过程和相互结合过程可能会限制整个优质接头的形成过程。例如产塑性变形能力相差很大的两种金属在弱作用力下压焊，或者同种金属在较低温度（低于熔化温度的50%）下，接触表面的激活过

19、程和结合过程都会限制优质接头的形成过程。在被焊金属之间产生扩散过程，显然是要在接触表面已经形成结合以后才能发生。因此，也不能用扩散理论作为单纯地解释所有形式压焊的理论基础。五、能量学说西苗诺夫认为，引起金属间相互结合的条件，不是金属原子的扩散，而是金属原子所含有的能量。当被焊材料相互接触时，即使它们的原子已经接近到晶格参数的数量级，只要原子所含有的能量还没有达到某一水平（这一能量水平可以称为该金属结合的最低能量），就不足以使它们之间产生结合。只有当接触处金属原子的能量提高到某一水平，表面之间才会形成金属键，它们之间的界面开始消失而连接在一起。能量学说应用了激活状态的概念，其实质是从能量的角度来

20、观察接头的形成过程，弥补了上述各种理论的不足之处。但是，也还存在着一些缺点，众所周知，导致晶格能量增加的冷作硬化会使金属的结合能力变差，对这一现象就不能用能量学说来解释。实际上能量学说并没有提示出金属间的结合到底与连接金属的哪些物理-化学性能有关。压焊理论上的不统一，可能是由于缺乏大量有关焊接参数和焊接条件对焊接质量影响的试验数据。上述各种理论各自都有自己致命的弱点，不能单独地用它们来解释形式众多的压焊机理。但是，它们又是从不同形式压焊实践中总结出来的理论，对局部的现象都有其合理的成分。因而，近来业已居上述各种理论的基础上总结出关于包含各种形式的压焊特征的一些共同的概念。其中焊接过程三阶段的理

21、论是目前公认的压焊过程的理论基础。压焊焊接过程的三阶段模式：第一阶段是物理接触的形成阶段，也就是被焊材料的原子依靠塑性变形，在整个接触面上相互接近到能够引起物理作用的距离；或者被焊材料的原子依靠塑性变形相互接近到足以产生弱化学作用距离以内，这时，位错消失而使塑性材料的接触表面激活，形成弱化学键的条件。第二阶段是接触表面的激活，形成激活中心，然后两个被焊表面之间产生物理和化学的相互作用，最后形成化学键，所以也称化学的相互作用阶段。激活中心的出现及激活时间的长短取决于较硬一侧的被焊材料（如硬质合金、难熔金属等）的塑性变形。焊接同种金属时，第一阶段与第二阶段是掺和在一起进行的，很难区分开，因为两个接

22、触表面在相互接近过程中，当产生协调一致的塑性变形而使个别凸出点被压平时，其激活过程就已经开始实行了。已经使物理接触面实现结合后，金属材料通过结合面向周围扩散的阶段叫做第三阶段，在国外文献中，通常也称为“体”的相互作用阶段。在第一阶段，既要在接触面上形成牢固的化学键，而且还要从接触面的“面”发展到“体”。这种发展过程中，当相互分离的中心汇合到一起时，这时在接触面的作用已宣告结束。但“体”的相互作用还要等到应力权弛后才结束。实际上，往往为了提高接头的强度，必须使过程继续进行，以便让其发生诸发再结晶，有时甚至还有异扩散类型的松驰过程。在焊接同种金属时，第三阶段结束的标志是在接触处产生再结晶过程，在这

23、个过程中开始形成共同的晶粒。在焊接异种金属时，是否需要限制第三阶段中的异扩散过程，取决于扩散区的性质和新相的产生。物理接触的形成阶段一、去除表面表面膜在扩散焊接第一阶段，从焊接面上清除掉附层和氧化膜，雨季能形成实际的接触。从工艺的角度来说，在焊前和焊接过程中是否能将被焊表面上的氧化膜彻底清除掉是至关重要的。被焊面的真空中加热，油脂逐渐分解和挥发；吸附的蒸气和各种气体分子就解吸下来。化学吸附气体和氧化膜最难从表面上清除。在扩散焊的条件下，清除速度与氧化物的热稳定性、焊接温度、真空度、真空中残留气体的成分及其它因素有关。一）、解吸：在焊接条件下，实际上只有银、铜、镍等金属的氧化物才能解吸下来。提高

24、温度经常可以使金属表面上的氧化物结构发生变化，而提高真空度可以使氧化物开始解吸的温度下降。二）、升华：只有氧化物的饱和蒸气压高于该氧化物在气相中蒸气分压的时候，才能使处在真空中的氧化膜产生升华。在扩散焊条件下，钼、铬等金属的氧化物可能产生升华。三）、蒸发：蒸发可以使很多金属的氧化物从表面上清除掉。但是，通常只有在接近于金属熔点的高温时，才能产生强烈的蒸发。当两个被焊零件的表面之间已经相互接触，产生强烈的解析、升华和蒸发等过程的可能性已大大下降。这时，去除金属表面的氧化膜主要依靠氧化膜向基体金属的溶解或依靠母材中所含合金元素的还原作用。如果该金属与其氧化物的塑性、硬度和热膨胀系数相差很大，则机械

25、作用将在接触区的氧化膜去除过程中起决定性的作用。四）、化学反应：不论采用任何一种真空泵进行抽气，在真空系统中仍会会有水，二氧化碳，氢，氧等化学活性气体；这些气体会与被焊零件表面起氧化-还原的化学反应。对于钢来说，碳是主要的还原元素。当钢与石墨进行扩散焊时，钢表面上的氧化物的直接还原作用很剧烈，甚至可以在气压下进行。对钢零件被焊的表面涂敷一层薄薄的碳，可以净化和加强扩散焊接过程。五）、溶解：在被焊零件已经接触的条件下，如果金属与其氧化物的塑性、硬度、热膨胀系数相差很大，即使极其微小的变形也会破坏氧化膜的整体性而龟裂成碎片被除去。氧化膜在基体金属中的溶解度取决于温度和氧在该金属中的溶解度与扩散速度

26、。例如氧在钛中的扩散速度和溶解度都特别大，比铁、铝等金属要大12个数量级。当用扩散焊焊接钛及其合金时，就是利用这个优点来消除表面氧化膜的。六）、选择适当的焊接工艺创造除膜的条件：扩散焊接金属材料时，提高真空度，能改善清除氧化膜的条件，因为提高真空度，可以相应地降低焊接的温度和压力，这点对于焊接工艺极为重要。此外，接头强度还与氧化膜的清除程度有关。二、物理接触的形成无论采用哪一种焊接方法，表面的物理接触（使表面接近到原子间力的作用范围内）都是形成焊接接头的必要条件。熔焊和钎焊时，由于加入了熔敷金属或液体钎料的浸润，会在瞬间内形成接触的自生现象。压焊时，就必须对被焊件施加压力来实现被焊面之间的物理

27、接触。表面凹凸变形的接触面积，一般称为物理接触面积。严格说，这不是相同的面积，在这种表面上可能有原子之间的相互作用。现已确定物理接触面积取决于材料的性质和施加的压力。物理接触（也称实际接触）是作用物质之间产生电子相互交换的过程，是任何化学反应的必要条件。现代的科学概念认为，金属固态结合过程是一种化学反应过程。化学反应的结果，在被焊表面的原子之间形成较为稳定的外层电子。由此可见，物理接触也是压焊的必要条件。在熔焊或熔焊-钎焊时，由于熔化金属原子具有很大的活动性，所以很容易在固态-液态之间形成物理接触。不论那种形式的压焊，物理接触都是依靠一种（或二种）被焊金属在接触处的塑性变形来实现的。利用压焊中

28、的一些焊接方法，如冷压焊、超声波焊、摩擦焊和需要加热的压焊等，物理接触都很重要，是决定焊接接头强度的主要因素。在一般的扩散焊过程中，实际接触面积的增加，可以分为变形、流动和使实际接触面积继续增加的扩散几个阶段。加压的初期，只在个别点上的作用应力大大超过屈服点，并引起微观突出的点的弹-塑性变形。但加压后，变形速度立即增大到每分钟为1000%。然后才有下述的关系：P = F S P外加的压力；F接触面上的实际压力；S实际的接触面积。经过几秒钟的加压力以后，变形量相应的降低23个数量级，并转入不稳定的流动阶段。这时接触区内的塑性变形取决于温度和压力。；实际接触面积可以达到名义接触面积的4075%。实

29、际接触面积的继续增长与材料稳定的流动过程有关。比较该过程激活能量，可以初步估计出材料流动的倾向性。在外力场的作用下，从位错运动的热激活概念出发来看待流动时，就可以看出应力、温度、结晶组织中的缺陷密度、杂质和合金元素对材料的流动速度的决定性影响。但是在一定的焊接参数（压力和温度）下，金属流动值可能接近于零。焊接同种金属或塑性相近的异种金属时，在协同一致的塑性变形过程中，以及在两个接触表面上有微观凸出点产生流动时，实际接触面积会有所增加。当两种被焊材料的塑性差异很大时，上述规律同样适用。但这时主要靠异种金属中硬度较低的金属微观凸出点的弹-塑性变形来提高物理接触面积。表面加工精度对形成物理接触的影响

30、很大，扩散焊时，机械清理能获得较好的结果。摩擦焊和爆炸焊则影响不大。为了提高扩散焊效率，减少焊接时间，降低温度和压力，可采取下列措施：提高表面加工精度；周期性的加压；加塑性好的中间过渡层；提高真空度等。当然这些措施对焊接的整个三阶段都会有影响。接触表面的激活阶段一、表面激活的形成形成实际接触面时，所产生的结合力还不足以产生表面原子间的牢固连接。为了获得原子之间的牢固结合，就必须激活表面上的原子。表面原子的激活会导致原有的原子键的撕裂，此后才有可能使原子间的电子相互作用，这种作用的可能性取决于被焊表面上激活原子或它们的复合体相互间的排列。因此，扩散焊过程的第二阶段又可分为前后两个时期：即前期为被

31、焊金属表面激活时期；后期是被焊面之间形成金属键时期。金属在外力作用下所产生的切应力和正应力会引起金属表面吸附层的塑性变形和流动。塑性变形和流动会使结晶组织中的缺陷发生振荡、迁移和赶出表面。引时，释放出来的能量决定激活中心的出现。如果升温，就会使位错和空穴迁移的密度和速度增加。表面激活和化学相互作用是连续的。与多晶材料高温塑变形的不均匀性有关。应该说明，用塑性变形的方法来激活表层原子不是唯一的方法。因为任何能使原子从表面上断裂开的作用都可以激活表面。用射线等方法也可以激活表面。表面激活过程与形成物理接触间的联系是十分明显的。但是扩散焊第一阶段的完成，并不意味着出现了表面完全激活。特别是异种金属焊

32、接时尤其如此。此时，形成物理接触是靠这两种金属中硬度较低的金属变形，而表面化学作用的可能性却受到了较硬金属激活条件的限制。因此，异种金属焊接时其中一种材料越硬，需加的压力就越大，或加热的程度就越高，但加热温度不能超过熔点较低材料的熔点。二、表面原子间的相互作用把各种金属加工到表面精度相同，然后与铜进行压焊时发现，铜与各种金属之间的物理接触是完全依靠塑性较好的铜的变形来完成的。而且焊接所要求的压力也大致相同。由此可知，是否能在异种金属间形成原子键，首先取决于异种金属中较硬金属表面的激活程度，也取决于所施加压力的大小。其次，也应考虑材料间相互作用的物理化学特性、晶格类型、原子和离子半径的差别、互溶

33、性、弹性模数比值等。虽然这些因素不会妨碍焊接第二阶段的进行，但对过程的发展变化舒服影响。会使表层原子产生应力。压焊第二阶段后期主要是被焊金属表面已被激活的原子间产生各种相互作用阶段。这时，原子的活动性和振动的振幅都增加了，还出现被吸附气体的解吸过程，由于原子间相互作用而产生结合，可能从接触面向金属内部扩散几个晶格参数的深度。试验发现，铜和钨虽互不溶解，但仍能形成贱个原子直径厚度的过渡层。通常，焊接过程第二阶段的接头区是一个沿着接触面的晶格区。接头区中存在的孔隙和氧化物夹杂是第一阶段焊接过程不彻底所致。接头受静拉伸时，这些分散缺陷不会影响强度和致密性。但如果是贯穿断面的连续缺陷，就会使接头的塑性

34、大幅度下降。扩散阶段一、压焊第三阶段的特点金属材料向周围扩散阶段，即第三阶段。这阶段中会使缺陷（孔洞、氧化物夹杂等）消失；在接触处形成共同的晶粒，并导致内应力松弛。其结果会使接头的使用性能达到与基体金属一致。如果说在第二阶段中，出现表层原子的反常性能，那么在自由表面已经消失的第三阶段内，材料接触区互相作用的特性将取决于状态图。根据状态图，异种材料体扩散的相互作用，可能引起具有下列成分的过渡区：无限固溶体；有限固溶体；材料间互相化学作用的产物。对于许多不相溶的金属，扩散焊将终止于第二阶段，而不会产生焊接过程的第三阶段。二、不同金属的第三阶段1、无限互溶金属：焊接具有无限互溶性的金属时，经过第三阶

35、段的扩散后，在接触区会产生成分不定的固溶区，固溶区的宽度与焊接的温度和时间有关。均质的固溶体塑性很高，强度也高于基体金属。均质固溶体的特点是：在保持高塑性的同时，它的强度要比任何一种基体的强度都高。所以，凡是完成了焊接过程三个阶段的接头，断裂通常都是发生在强度较低的基体金属上。2、有限互溶金属：具有有限互溶的金属（通常随着温度的上升，溶解度也跟着提高，如铜与铁）的接触面上，会产生浓度不同的固溶体区域。该区域的厚度，取决于过程的温度-压力条件，厚度增加，由于在接头中形成共晶体脆性层而使接头的塑性和强度下降。3、产生金属间化合物的金属：有些金属彼此之间会产生金属间化合物（如铜与铝、锆与铁、锆与镍等

36、）。当过渡区中元素达到溶解度的极限时，由于晶格的变化而产生了金属间化合物。因金属间化合物很脆，使接头性能大为降低。通常，能形成金属间化合物的这类金属之间的互溶性都很低。扩散焊时，对共控制是一个极其复杂的课题。三、再结晶扩散焊第三阶段的再结晶是在塑性变形和实际接触形成过程的基础上产生。可以把这一过程的进展看作是再结晶中心的形成过程，然后由于结晶中心的增长产生一次再结晶，由于晶界的迁徙而产生汇集再结晶。在一不定期的条件下，个别晶粒可能产生畸形增长，而形成二次再结晶。最后，再结晶就成为稳定而具有某种最低能量的结晶组织。必须指出，在扩散焊的条件下，上述过程具有动态特征。实际焊接条件下，残留在接触面之间

37、的孔隙和氧化夹杂物往往会阻碍晶界的移动。夹杂物是造成接头表面的晶界能量高于基体的主要原因。因此，扩散焊时，形成共同晶粒的先决条件是把这些孔隙缩小到很低的程度，直到连接边界的能量接近于基体金属晶界的能量。扩散焊过程中，主要依靠扩散熔合和扩散流动使空隙愈合。接触处空隙愈合的时间，首先取决于过程第一阶段的进行程度和焊接温度。提高焊接时的变形速度，能加速孔隙的“愈合”。晶界的迁徙并不表明形成接头的过程已经完全结束。在接触面上还可能残留有个别的孔隙，影响接头的塑性。吸人使其继续扩散，才能使焊接的物理过程完全结束。如果对接头的强度、塑性和气密性等有较高的要求，就必须对同种材料和互溶的异种材料的扩散焊接过程

38、作上述三个阶段的区分和分析。在扩散焊条件下，能够活化扩散过程的因素通常有：提高焊接温度和压力、周期性的改变焊接温度和压力、用射线照射、能以直流电流和对表面进行冷作硬化等。四、脆性相1、脆性相的形成在扩散焊过程中，当形成金属化合物时，通常在整个接触线上还见不到新相层均匀地增长。这不仅因为前两个阶段具有间断性，而且还因为在第三阶段中，原在表面个别区段内的扩散差异极大。众所周知，沿着晶粒边缘的扩散系数要比体扩散系数大得多。有时甚至大几个数量级。因此，沿晶界扩散元素的浓度要比平均浓度高。由于晶界处固溶体的局部过饱和，可能会产生新相的“核”。然后新相的核不断扩大，变成间断的金属间化合物的“岛”。小“岛”

39、不断扩大而连成一体，形成连续的新相层。在扩散初期，金属间化合物尚未形成连续层时，对接头的机械性能没有多大的影响。当形成厚度3微米的连续层时，接头的强度和塑性开始大幅度下降。这是由于新相脆性很大和相间体积的变化而产生内应力所造成的。2、减少脆性相的方法锆与不锈钢、铝与铜、铜与钛等异种金属在扩散焊时，必须采取一些工艺措施来控制脆性相的产生，其方法如下：（1）控制扩散焊过程中第三阶段的时间；（2）抑制接触面上形成脆性相元素的大量扩散等。根据上述理论，在第二阶段已基本形成焊接接头。如能在第二阶段内控制焊接工艺，或者使焊接接头在第三阶段内停留极短的时间，使其来不及产生脆性相，或者不让脆性相的厚度超过3微米，就能获得满意的接头。（3）加中间过渡层抑制形成脆性相元素扩散的工艺措施通常是在异种金属接触面之间加入中间过渡金属 层。中间过渡金属分为活化过渡层和印化过渡层两大类。加入活化过渡层可使焊接过程的某一阶段加速进行或者进行得更容易。采用塑性比基体金属好的中间过渡层能使接触面更好地形成物理接触。这是一种减少焊接压力、温度和缩短焊接时间的有效方法。例如，在铝合金中间加入纯铝就可以实现低温扩散焊。在这种温度下，纯铝的流动速