扩散焊接技术(Diffusion Bonding Technology)

■ ACMT/ 刘文斌

前言

扩散焊接是一种固态接合技术,在真空环境下利用高温及压力使两件工件的接触面之间的距离达到原子间距,令原子间相互嵌入扩散结合,从而接合金属及或陶瓷部件。相对传统的焊接技术,扩散焊接能令接合面更坚固及减少变形情况。真空扩散焊是一种固态焊接,主要是在一定的温度和压力下,使两个物体或多个物体的接触表面发生塑性变形,并在保温/保压或保温/加压一定时间后使待焊表面间的原子互相扩散进而实现表面的冶金结合。

扩散焊接技术优势及应用领域

扩散焊接技术无需焊剂,接合面无应力效应,不论物料强度跟耐腐蚀性能,跟原料材无异。扩散焊接技术更能焊接相同及不同之材料,焊接后能进行机械加工、打磨、热处理等工序。扩散焊接技术应用领域包括模具镶件、热交换器、汽车零部件、航空零部件、医疗设备及植入器具和贵金属手饰等。

应用扩散焊接技术的优点

厂家进行模具设计时,可因应注塑件的形状设计贴近模腔的3维高复杂性的冷却流道系统,并于工件表面上加工冷却流道,然后利用扩散焊接技术将两件或更多工件接合,制作成冷却流道系统的嵌块。相对传统的冷却流道加工技术,利用扩散焊接技术所制作的冷却流道不再局限于纵横排列的简单设计,亦不受模具的其它结构如顶针位置所限制,令设计冷却流道的自由度大增。

真空热扩散焊在模具行业的应用

真空扩散焊是一种新型的焊接工艺,可以不通过传统的釬料辅助焊接直接将两个或多个物体表面焊接在一起,而且焊后强度和焊合率更高。针对模具行业,真空扩散焊工艺是一个将是一个革命性的创新应用,它并不会代替目前已有的模具制造工艺如3D打印和传统CNC加工等,但会是一个有效的补充。例如针对大型随行冷却模具的设计和制造,真空扩散焊工艺可以缩短模具设计周期、简化模具设计步骤、不受材料种类的限制,提供模具的冷却效率和强度、降低模具设计制造成本以及最终用户的生产成本等等。但真空扩散焊工艺在模具行业还处于早期应用阶段,模具设计人员需要尽快了解真空扩散焊的基本原理以及前后道工艺的要求,进而采用真空扩散焊的思维设计模具,这样才会让真空扩散焊工艺在模具行业体现最大的价值。同时,设计人员也要明确真空扩散焊设备的质量也是决定采用扩散焊工艺的模具的质量和性能的决定性因素,例如设备的压力精度,温度均温性以及设备的工艺可重复性等。

真空扩散焊、釬焊以及3D 打印的区别

模具在什么情况下应该选择真空扩散焊来加工模具镶件?真空扩散焊的优势是什么?真空扩散焊和釬焊都属于焊接,二者最大的区别是釬焊需要釬料而扩散焊不需要,结果就是不用釬料的扩散焊产品焊后强度更高,工艺设计更简单。3D打印是一种雷射烧结工艺,产品的强度因原材料的限制和工艺特点而达不到扩散焊的焊后强度,另外3D打印的原材料范围有限,而且产品尺寸也受限。对于中型和大型模具更适合采用真空扩散焊,如果小型模具是批量化的话也可以考虑使用真空扩散焊,因为真空扩散焊设备可以在同一炉同样的工艺时间内同时完成多个产品的焊接。对于模具强度要求高,且焊接总面积大、水道难加工的产品更适合用真空扩散焊工艺。

 

图 1:采用真空热扩散焊技术加工内部带随形水路的零件;图 2:来自德国的先进扩散焊接炉

真空扩散焊相对于金属粉末3D 打印的优势

1、材料可选范围更广,可以直接使用标准型材;

2、工件尺寸可以更大,最大尺寸可以达到900(宽)*1000(深)*500(高)mm;

3、工件性能更好,如强度,耐腐蚀性等,冶金性能非常接近母材;

4、生产效率更高,不管大小件,工艺时间基本可以控制在12小时以内,而且可以一炉加工多个产品。

如何判断或验证扩散焊加工的随形水路是畅通的?可以采用打压空气和通水等方法测试。而设备的规格和最大可加工尺寸?设备有效空间如:200×200×200mm,300×300×300mm,300×500×250mm,400×400×400mm,600×800×600mm,900×1500×500mm,或按客户要求定制产品尺寸可与设备有效空间相同。

结论

扩散焊接所制作的复杂而高效能的冷却流道系统,可有效改善注塑过程的温度控制,减低物料变形的现象,从而制造更加精密的优质塑胶产品。除了能有效排除常见之注塑缺陷,扩散焊接技术更能有效缩短注塑周期时间,减少复模及注塑机台数量,从而提升注塑厂房产能。

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