试论扩散焊固相增材制造技术与工程化应用

试论扩散焊固相增材制造技术与工程化应用

代照明程海军

（格力电器（合肥）有限公司安徽合肥231200）

摘要：扩散焊固相增材制造技术作为现阶段较为成熟的分层实体制造方案，有效满足不同场景下，材料加工的相关要求。全文着眼于实际，从多个维度出发，全面探讨扩散焊固相增材制造技术的特点以及应用方法，以期为其在生产实践环节中的应用提供方向性引导。

关键词：扩散焊；固相增材；制造技术；工程应用

1.扩散固相增材制造技术概述

对扩散固相增材制造技术的全面梳理，有助于增强技术人员对于扩散固相增材制造技术的理解度，明确技术特性以及优势，为相关技术应用工作的开展奠定了坚实基础。

固相增材制造技术通过扩散焊、摩擦焊等多种方式，实现了对材料实体的分层、离散以及堆层形成新的结构。扩散焊作为现阶段固相增材制造较为成熟的技术方案，在真空环境下，通过施加一定的压力，使得焊接件连接起来，在此基础上，通过加热以及保温，使得焊件连接处的原子发生扩散，实现了焊件的紧密结合。与传统的焊接加工方式相比，扩散焊固相增材制造技术消除了焊接连接处的残存应力，使得焊接口与母材的强度以及受力情况保持一致，并且焊接过程中，对于焊件的扰动相对较小，焊件变形量较小，因此焊接的精度得到提升，因此被广泛应用于金属材料、非金属材料的焊接过程中。

2.扩散焊固相增材制造与应用方法

扩散焊固相增材制造与应用涉及多个领域，从过往经验来看，其工程化应用主要集中于铁基材、钛基材以及模具加工等方面，对有关制造领域工程化应用方法的全面探讨，实现了规律的总结以及经验的梳理，增量扩散焊固相增材制造与应用的实用性。

2.1铁基材料中的应用

目前铁基材料的扩散焊固相增材处理，主要针对于不锈钢以及模具钢等，同时铁基材料的处理，也是扩散焊固相增材处理应用最早、使用最频繁的领域。上个世纪七十年代，美国一家公司，通过光刻、蚀刻等多种方式，完成了对不锈钢材料的固相增材处理，这种处理工艺被广泛应用于航空航天领域。随着技术的发展以及应用经验的积累，目前铁基材料扩散焊固相增材技术逐步成熟，以印刷电路板式微通道换热器为例，其可以根据不同的使用需求，对不同的材料进行加工处理。具体来看，工作人员通过控制设备，调整设备运行参数，在铁基材料上通过光刻以及蚀刻，形成流道结构，在经过堆层处理，实现固相增材制造的初步成型。同时使用相应的加热设备，将堆层上的模穴进行合理分布，这种处理方式，为铁基材料的散热冷却提供了极大的便利，减少了冷却周期，缩短了铁基材料扩散焊固相增材制造与应用的周期，同时将废品率控制在合理的范围内，节约生产加工成本。

2.2钛合金材料中的应用

钛合金由于自身高强度、耐腐蚀性以及低密度的特性，并广泛应用于航空领域，考虑到航天器所处的环境较为复杂，因此在相关部件加工过程中，对于部件的焊接处理有着极高的要求。扩散焊固相增材制造技术则在很大程度，满足了钛合金材料加工处理的相关要求，具体来看，在利用扩散焊固相增材制造技术对钛合金材料进行处理的过程中，工作人员除了进行必要的设备调试之外，还应当明确钛合金材料对于焊接精度的要求较高，并且当期达到焊接温度时，一般会出现超塑性，在这种情况下，钛合金容易发生变形，导致整个焊接结构失效，造成资源浪费与成本增加。基于这种情况，在利用扩散焊固相增材制造技术对钛合金进行处理的过程中，工作人员有必要在科学性原则、实用性原则的引导下，以钛合金结构自身的可韩星以及焊件温度耐受度为依据，做好焊接温度的控制工作，以减少钛合金材料焊接过程中，出现焊接废品率的机率。

2.4模具加工中的应用

扩散焊固相增材制造技术在模具加工领域中的应用，在很大程度上，增强了模具加工的精度，提升了模具产业的整体生产能力，对于我国模具企业的发展健康发展有着极为深远的影响。基于这种认知，模具企业在发展过程中，逐步投入大量资金，进行扩散焊固相增材制造技术的引进以及应用，希望借助于扩散焊固相增材制造技术的优势，完成对结构复杂模具的科学高效处理，在保证模具精度的同时，提升模具生产效率。在实际的技术应用环节，工作人员应当从实际出发，结合模具焊接生产的相关要求，从多个为维度出发，进行相应的焊接方案的制定与优化工作。例如对于瓶颈模具，这类模具结构复杂，模具重点结构筋条密度较大，加工空间较为有限，同时模具冷却效果较差，而扩散焊固相增材制造技术在很大程度上，满足了瓶颈模具的加工需求。在实际技术应用环节，工作人员应当明确扩散焊技术要求，形成完备的扩散焊固相增材加工流程，如图1所示：

图1为扩散焊加工工艺基本流程

在整个过程中，工作人员需要做好模具的下料、板片加工、焊接、退火、开粗、精加工等方面的工作，同时必须明确在由于模具结构复杂，因此在进行扩散焊固相增材加工过程中，势必造成焊件接触面的塑性变形，在变形过程中，不同焊件之间的原子自由运动，实现了焊件的牢固结合[1]。基于整个焊接冷却处理的要求，在焊接退火冷却阶段，可以采取控制水道容量的方式，来进行。例如为保证焊接强度，在处理环节，工作人员可以将单个零件一分为二，在零件的中间机加工随形冷却异型水路，促使每个筋条都能从头到尾完全冷却。一分为二后的单个零件，机加工定位销，保证异型水路同心，不错位，整改冷却效果得到提升，冷却周期缩短，加工成本得到有效控制。

3.扩散焊固相增材制造技术发展方向

对扩散焊固相增材制造技术发展趋向的分析，使得工作人员把握技术应用与发展的脉络，持续发挥扩散焊固相增材制造技术在精密零件加工方面的技术优势，实现我国加工制造体系的现代化。

由于自身的技术优势以及经济价值，扩山焊固相增材制造技术的应用领域将会逐步扩散，在长期的发展过程中，其会出现精密化焊接、外场辅助扩散固相增材等方面的变化。具体来看，在保证焊接尺寸精度的基础上，对焊接过程中，焊接的形变量进行控制，对焊接环节压力系统、温度系统以及冷却系统进行必要的优化设置，使得整个扩散焊固相增材制造技术的变形量得以控制在最小范围之内，进一步实现焊接的精密化。同时进行扩散焊固相增材制造的过程中，焊接过程中，极易受到电磁、超声波的影响，因此在外场处理环节，需要根据实际焊接情况，对材料、接头属性等进行相应的梳理，根据梳理结果，进行相应的设备研发以及技术创新。

结束语

扩散焊固相增材技术的探讨以及应用分析，在梳理相关技术运行原理、技术使用流程的基础上，帮助工作人员全面系统地掌握扩散焊固相增材技术的特点，明确其在实践应用中的相关注意事项，通过对其在各类基材以及模具加工领域中应用方法的探讨，进行应用经验的总结以及梳理。

参考文献：

[1]张昊，李京龙，孙福.扩散焊固相增材制造技术与工程化应用[J].航空制造技术，2018（8）：68-73.