本文涉及一种通过扩散焊接连接金属零件的方法，包括以下步骤：在要连接的相应零件上的相对边界表面之间建立接头，在至少与接头接壤的那些区域中将零件加热到预定温度，通过将零件压在一起来连接零件， 并冷却零件。

在优点中，可以提到可以形成具有与基材非常相似的性能和微观结构的接头，并且在工件的形式难以使用其他方法的情况下可以连接。此外，接头可以具有最小的变形，无需连续加工或成型。

在缺点中可以提到的是，设备的成本通常非常高，这一事实限制了可以以经济方式扩散焊接的零件的尺寸。此外，在真空或保护气氛等环境中提供热量和高压缩力的必要性将在必要的设备方面引起严重问题，因此对该方法的适用性构成重大限制。此外，人们认为该方法需要非常仔细和彻底的表面处理，此外，它比传统方法需要更多的时间。

这是通过上述类型的方法获得的，其特征在于，开始时的接头被赋予空腔的形式，该空腔的高度通常从外围向中间增加，并且设置有至少一个连接导管，因为首先在加热期间接头的空腔供应惰性或还原性冲洗气体，直到接头沿其外围紧密闭合，因为此后接头的腔可以通过连接导管置于真空下，并且此后接头以预定的速度压在一起以进行进一步扩散焊接。

通过所述形式的接头，在方法开始时沿接头的外围获得高表面压力。因此，扩散可以在如此低的温度下沿着外围开始，从而避免表面氧化。用惰性气体冲洗可防止氧气进入，从而防止氧化。如果使用还原性气体，则可以去除以前可能在接头表面上形成的氧化物。以这种方式沿外围关闭接头后，这将表现为冲洗气体不再逸出，可以将连接导管连接到真空源，以便将接头置于真空之下。这将去除残留气体，并使氧化物和其他杂质在温度升高时在一定程度上解离。通过调整温度和压力，接头可以同时快速闭合，从而可以在短时间内完成扩散焊接。快速压缩是有利的，因为它在接合区域产生更高的压力，这是由于材料的蠕变应力随着变形速度的增加而增加。

根据本文的一个有利特征，接头的至少一个边界表面沿周边设置有锯齿。这将确保冲洗气体在连接的早期阶段充分逸出。

此外，为接头的至少一个边界表面提供凹形是非常有利的。因此，在零件的最终压缩过程中可以获得有利的应力分布，从而保证整个接头的完全融合。

如果至少一个，优选两个边界表面被赋予圆锥形形式，则获得接头的另一种有利形式。圆锥形更容易以足够精确的方式加工，如果两个表面都是圆锥形的，一个凸，另一个凹，当它们压在一起时，将在零件之间获得自对准效果。这种形式也将为完全融合提供良好的保证。

为了在压缩过程中增加接头区域中的接触压力，建议根据本发明减小接头区域中零件的横截面。因此，在接合区域获得的压力比材料在当前温度下的单轴蠕变应力高几倍，结果是更快、更好的扩散。

可以使用几种不同的惰性冲洗气体，但氦气是首选，因为在制造过程中，氦气被冷却到几乎可以保证无氧的温度。此外，市售且可靠的氦气探测器可用于控制在施加真空之前接头的外围是否绝对封闭。

如果改用还原性气体进行冲洗，氢气将非常有利。它不仅可以去除任何氧化层，还可以目视观察接头是否关闭，因为任何泄漏的氢气都会在表面上燃烧。氢气不会对该方法连接的相对较软的结构钢产生任何有害影响。

根据本文，还建议为接头提供活化合金，即60/40钯/镍。这种合金可以作为薄条引入，也可以通过电镀施加在一个或两个边界表面上。这将导致扩散时间的减少。

用于供应冲洗气体或去除用于抽真空的气体的连接导管，可以有利地布置在要连接的部件之一中，优选地靠近其外围。因此，在扩散焊接后，可以通过深焊电极或等离子氩弧焊立即堵塞导管，同时零件的温度仍然足够高，例如 400 DEG-600 °C。

图1示出了通过部分1和2的一部分，其可以是结构钢的螺栓，例如ST 52-3。图1还可以可视化为示出通过厚壁管道的轴向截面，该管道的轴线位于图的左侧。在零件 1 和零件 2 之间形成一个接头 3，该接头由零件 4 上的凹弯曲边界曲面 1 和零件 5 上的平面边界曲面 2 边界。连接导管6设置在部分1中，所述导管开口进入接头的空腔3，其另一端与冲洗气体源和真空源交替连接（未示出）。箭头 F 表示可变压缩力，而零件 1 和 2 左侧的钟形曲线表示零件中的轴向温度分布。

当要连接部件时，首先将它们置于图1所示的位置，并施加适当的压缩力F。该力可以通过简单的千斤顶系统（未示出）产生，例如可以在每个部件1、2上包括一个夹紧环，夹紧环通过液压缸相互连接。当然，可以根据零件的形式和横截面设想其他形式。然后开始加热，例如通过感应线圈（未显示）。同时，冲洗气体通过连接管道6供应。冲洗气体将首先沿着接头的外围7泄漏，这是由于接头边界表面上的微小不规则或锯齿。冲洗的目的是使氧气远离接缝表面，以防止在加热过程中氧化这些氧气，也可能去除可能已经存在的氧化物。无论焊接前边界面4、5的清洁程度如何，即使短时间暴露在空气中的氧气中也会导致厚度为350-1000的氧化层。ANG.，取决于空气温度和湿度。

当接头7附近的材料温度已达到600°C-800°C时，例如具有如图1中示意性地示意图所示的温度分布，部件1、2之间的扩散将在适当的压缩力F下发生，使得接头3沿周边7闭合。这可以通过几种方式记录，例如气体不再从接头中泄漏出来，或者施加在接头腔3上的压力不再降低。

当接头因此沿其外围闭合时，连接导管7连接到真空源，从而将腔内的压力降低到约6@-3托。同时，部件10、4的温度如图1中左边的曲线示意性地建议的那样升高，最高温度约为2°C。在适当的压缩力F下，接头2将在几秒钟内闭合。该结果示意性地显示在图1350中。完整的扩散焊接将在 3-2 分钟内进行。（然而，在大约15摄氏度的扩散时间内，扩散时间短至30分钟。此后，零件在低至约8°C的平静空气中冷却，对于1350毫米的材料厚度，这将需要大约600分钟。在此温度下，连接导管可以堵塞，即通过深焊电极或等离子TIG焊接。

图3示出了具有与图1相同的外观形式的两个部件2和1。但是，这里的焊接接头3具有不同的形式，其边界面4和5都是圆锥形的，一个是凹的，另一个是凸的。顶部角度不同，因此接头的厚度将向中间增加。接缝面顶点之间的距离可以达到零件10，1厚度的2%左右。边界面4，5的圆锥形使零件1，2在压在一起时自对准。圆锥形还有助于避免接头中间的扩散不足，如果下边界面5是平面的，而上边界面4是圆锥形的，则很容易发生。

否则，部件1、2的连接方式与图1和图2所示的方式相同。最终结果示意性地如图4所示。

扩散焊接过程中的压力是一个非常重要的参数，很难控制。根据前面提到的焊接手册，假设在任何时候的温度下，如果不使用防止漂浮的形式，压力不能高于材料的单轴蠕变应力。使用这种表格很麻烦，而且成本增加，在某些应用程序中，由于无法获得这种表格，这种表格无法使用。由于扩散速度通常随压力的平方而增加，通过将压力增加到蠕变应力的两倍或三倍，可以将扩散时间分别降低到单轴压力相应扩散时间的四分之一或九分之一左右。或者，可以允许在接缝表面上使用更多的氧化物，从而可能消除用还原性气体冲洗接头。

为了获得这样的高压，本发明旨在建立接头区域的三轴应力条件。众所周知，在较厚的测试棒的拉伸测试中，剪切变形会发生收缩，最终在中间区域发生解理断裂。这种解理断裂是由于中间的轴向张力远高于材料的屈服应力引起的，材料两侧的收缩通过径向应力阻止。因此，轴向应力增加，当轴向应力和径向应力之差小于屈服应力时，屈服下降（Trescas 原理）。

根据本文，一种旨在利用三轴现象，通过使零件1，2与相邻材料相比在接合区域具有实质性收缩。在这个例子中，氢气被用作冲洗气体，沿着接头周边指示的火焰证明了这一点。

当火焰消失时，人们知道接头是闭合的，即在这方面不必使用任何形式的检测设备。当接头沿边缘缩小和闭合时，施加全压缩力将使接头在非常复杂的动态特征应力图下闭合。由于收缩和相对较冷的周围材料，恰好在闭合力矩处的三轴应力条件将产生节点的横向应力，该应力是相同厚度零件蠕变应力的 5-6 倍。这种情况如图6所示。接下来，用相对较小的力将零件压在一起，直到它们在整个长度上获得大致相同的横截面，如图7所示。

因此，人们在焊接零件中获得了正确的形状，而无需使用外部形式，在决定阶段具有非常高的接触压力，并且可能存在的氧化物分布使面积增加一倍或更多，氧化层相应变薄并增加球状转化率，包括加速重结晶。

当达到所需厚度时，可以消除压缩力并保持扩散时间和温度，直到通过重结晶关闭残余孔。如果需要更快的连接，可以通过电镀接缝表面或在接头中引入活化合金条（例如Pd/Ni 60/40）来实现。