在2017中國(guó)(西安)國(guó)際增材制造博覽會(huì)暨技術(shù)高峰論壇(簡(jiǎn)稱(chēng)2017CAME)展會(huì)上，又一項(xiàng)3D打印新技術(shù)被發(fā)掘——固相增材制造技術(shù)，該技術(shù)由陜西智拓固相增材制造技術(shù)有限公司研發(fā)，目前，該公司正在研制一臺(tái)大溫區(qū)(800 × 800 × 1200 mm3)、大噸位(1200t)、多軸、多缸加壓的真空擴(kuò)散焊設(shè)備，該設(shè)備將彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)大型精密結(jié)構(gòu)件固相增材制造技術(shù)的空白。

固相增材制造技術(shù)

“陜西智拓”設(shè)計(jì)研制了四代具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的真空擴(kuò)散焊設(shè)備用于固相增材制造。這四代設(shè)備的設(shè)計(jì)工作溫度1250 ~ 1500 °C;其結(jié)構(gòu)由單軸、單缸加壓，發(fā)展到4軸、4缸加壓，加壓噸位也從最初的12噸發(fā)展到600噸;均溫區(qū)尺寸涵蓋了300 × 300 × 300 mm3 ~ 600 × 600 × 600 mm3。不僅能夠滿(mǎn)足研究的需要，而且能夠滿(mǎn)足600 × 600 mm2以下的冷板、微流道集成高壓換熱器等大尺寸結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)和批量焊接制造。目前，“陜西智拓”正在研制一臺(tái)大溫區(qū)(800 × 800 × 1200 mm3)、大噸位(1200t)、多軸、多缸加壓的真空擴(kuò)散焊設(shè)備，該設(shè)備將彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)大型精密結(jié)構(gòu)件固相增材制造技術(shù)的空白。

固相增材制造技術(shù)的基本特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)尺寸更精密

力學(xué)性能更優(yōu)異

成型材料更廣泛

更適于工業(yè)化批量生產(chǎn)

材料的焊接性研究

在材料焊接性上開(kāi)展了廣泛、深入的研究，已經(jīng)開(kāi)展的同質(zhì)和異質(zhì)材料研究涉及到以下7個(gè)系列：

(1)鋼鐵材料，有高強(qiáng)鋼、模具鋼、不銹鋼等。

(2)高溫合金，有固溶強(qiáng)化高溫合金、沉淀強(qiáng)化高溫合金、鐵鎳合金等。

(3)鈦合金，有工業(yè)純鈦、雙相鈦合金等。

(4)銅合金，有無(wú)氧銅、黃銅、鎳白銅、錫青銅等。

(5)鋁合金，有1系列純鋁、2系列硬鋁、5系列防銹鋁、6系列鍛鋁、7系列高強(qiáng)鋁合金等。

(6)其它合金，有鉬合金、鈮合金、銀鎳合金、鎂合金等。

(7)陶瓷、非金屬，有C/C復(fù)合材料、氧化鋁陶瓷、玻璃、單晶硅、石墨等。

該公司所研究的材料體系及其焊接性配伍，這些材料涵蓋了目前技術(shù)市場(chǎng)上冷板、微流道集成換熱器、5G天線、隨形冷卻模具等絕大多數(shù)固相增材制造產(chǎn)品，也為海上浮動(dòng)核電站高壓換熱器、航空葉片等未來(lái)多個(gè)先進(jìn)結(jié)構(gòu)的制造、應(yīng)用做好了技術(shù)儲(chǔ)備。

在材料焊接性研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)、獲得了以下6大類(lèi)工藝設(shè)計(jì)與控制技術(shù)：

(1)焊前處理與清洗技術(shù);

(2)中間層材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù);

(3)微流道屈曲變形控制技術(shù);

(4)300mm以上大尺寸工件溫控與變形控制技術(shù);

(5)焊接質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)控制技術(shù);

(6)冷板、熱沉、熱管設(shè)計(jì)技術(shù)。

這些工藝成果為多種材料、結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造提供了技術(shù)保障，也為產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了理論支撐。

擴(kuò)散焊技術(shù)簡(jiǎn)介

擴(kuò)散焊是一種固態(tài)連接方法，是在一定溫度和壓力下，使待焊表面發(fā)生微小的塑性變形實(shí)現(xiàn)大面積的緊密接觸，并經(jīng)一定時(shí)間的保溫，通過(guò)接觸面間原子的互擴(kuò)散及界面遷移從而實(shí)現(xiàn)零件的冶金結(jié)合。擴(kuò)散焊大致可分為三個(gè)階段：

第一階段為初始塑性變形階段。在高溫和壓力下，粗糙表面的微觀凸起首先接觸，并發(fā)生塑性變形，實(shí)際接觸面積大大增加，并伴隨表面附著層和氧化膜的破碎，使界面實(shí)現(xiàn)緊密接觸，形成大量金屬鍵，為原子的擴(kuò)散提供條件。

第二階段為界面原子的互擴(kuò)散和遷移。在連接溫度下，原子處于較高的激活狀態(tài)，待焊表面變形形成的大量空位、位錯(cuò)和晶格畸變等缺陷，使得原子擴(kuò)散系數(shù)大大增加。此外，此階段還伴隨著再結(jié)晶的發(fā)生，以實(shí)現(xiàn)更加牢固的冶金結(jié)合和界面孔洞的收縮及消失。

第三階段為界面及孔洞的消失。該階段原子繼續(xù)擴(kuò)散，最終使原始界面和孔洞完全消失，達(dá)到良好的冶金結(jié)合。

其優(yōu)點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：

(1) 接頭性能優(yōu)異。擴(kuò)散焊接頭強(qiáng)度高，真空密封性好，質(zhì)量穩(wěn)定。對(duì)于同質(zhì)材料，焊接接頭的微觀組織及性能與母材相似，且母材在焊后其物理、化學(xué)性能基本不發(fā)生改變。

(2) 焊接變形小。擴(kuò)散連接是一種固相連接技術(shù)，焊接過(guò)程中沒(méi)有金屬的熔化和凝固，且所施加的壓力一般較低，能很好的抑制宏觀變形的產(chǎn)生，保證零件的高精度尺寸和幾何形狀。

(3) 可連接其它方法難以焊接的材料，比如低塑性或高熔點(diǎn)的同質(zhì)材料，容易產(chǎn)生金屬間化合物的異質(zhì)材料，或者是金屬與非金屬等，擴(kuò)散連接都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

(4) 可實(shí)現(xiàn)大面積連接。對(duì)于大尺寸截面，擴(kuò)散連接時(shí)壓力均勻分布于整個(gè)界面上，實(shí)現(xiàn)其良好接觸，從而達(dá)到有效連接。

(5) 焊接過(guò)程安全、整潔、無(wú)污染，整個(gè)焊接過(guò)程沒(méi)有飛濺、輻射等有害物質(zhì)，且焊接過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

擴(kuò)散焊專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的擴(kuò)散焊領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)題。也就是說(shuō)，擴(kuò)散焊專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)擴(kuò)散焊領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類(lèi)專(zhuān)家的決策過(guò)程，以便解決那些需要人類(lèi)專(zhuān)家處理的復(fù)雜問(wèn)題。擴(kuò)散焊專(zhuān)家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。

陜西智拓?cái)U(kuò)散焊專(zhuān)家系統(tǒng)的建立是基于長(zhǎng)期收集在技術(shù)研發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)中的大量專(zhuān)業(yè)知識(shí)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如：焊接材料、物性參數(shù)、焊前狀態(tài)、結(jié)構(gòu)尺寸、界面數(shù)量、焊前清理工藝、焊接工藝參數(shù)、焊后變形量、焊后組織成分分析和力學(xué)性能等。