[发明专利]一种半固态振动辅助钎焊设备

说明书

技术领域

本发明涉及是一种半固态振动辅助钎焊设备。

背景技术

异种金属焊接构件的特点是能够最大限度地利用材料的各自优点，收到“物尽其用”的效果，而且又可获得更好的经济效益。由于异种金属的焊接性相差较大时，其焊接质量及焊接效率较低，特别是镁铝异种金属的焊接。由于Mg的比刚度高，导热、导电性能好，电磁屏蔽、阻尼性能好且价格低廉，因此成为新世纪最有发展潜力的非铁金属材料之一。而铝镁异种材料焊接将镁的高比强度、高比弹性模量、高阻尼减震性、高导热性、高静电屏蔽性、高机械加工性和极低的密度与铝的良好的机械强度、良好的耐蚀性能相结合起来。又由于镁和铝在地壳中的含量都很丰富，因此镁铝异种材料若能牢固焊接在一起，将具有十分广阔的应用前景。

下面分别对各种已有的焊接方法进行介绍：

1、熔化焊

熔化焊（如TIG焊、激光焊等）是金属材料连接最常用的焊接方法之一，但将其应用于铝镁异种材料的焊接中，在接头熔合区附近存在大量连续的Mg₁₇Al₂₁，Mg₂Al₃等脆性金属间化合物相，这些脆性金属间化合物使得在镁和铝接合处施加很小的力也会开裂，而不能获得性能较好的Mg/Al异种金属焊接接头。

2、钎焊

铝合金表面存在一层致密的氧化膜（Al₂O₃），钎焊过程中如去除不彻底，钎料对表面的润湿铺展能力将被大大降低，严重影响接头的成形及最终性能。目前对于铝合金材料的钎焊采用钎剂，通过化学反应去除氧化膜，或者采用真空的焊接环境以避免厚且致密的氧化膜的生成来实现焊接，或者提高钎焊温度，基体部分软化甚至熔化在某种程度上可得到改善。然而，钎剂的使用一方面是增加了成本，另一方面钎剂一般都具有腐蚀性，如焊后清洗不完全，接头在服役过程中容易出现腐蚀破坏问题；真空环境的焊接限制了焊接的灵活性，结构稍复杂、尺寸稍大的构件的焊接变得困难，且该方法焊接周期长、成本高；钎焊温度过高易引起母材的过烧熔蚀，影响钎焊质量。

3、固相焊

利用摩擦焊焊接Mg/Al异种金属得到焊接接头的组织为2种材料的混合层，由于焊接过程同样存在大的塑性变形和固态流动，使得搅拌区内得到由动态再结晶得到的细晶组织，强度和韧性介于2种材料之间，从而成功地实现了镁合金与异种金属的连接。但搅拌摩擦焊设备较昂贵，成本高，导致搅拌摩擦焊在Mg/Al异种金属的焊接收到限制。

利用真空扩散焊需要通过严格控制加热温度、保温时间和焊接压力，才可以获得界面结合紧密的Mg/Al异种金属扩散焊接头，接头界面过渡区主要是由Mg，Al原子相互扩散形成的，并且界面过渡区呈现界限分明的相层。该方法需要在真空环境下，限制了焊接的灵活性，结构稍复杂、尺寸稍大的构件的焊接变得困难，且该方法焊接周期长、成本高。

4、铝基复合材料液相振动焊接方法

哈尔滨工业大学闫久春等人发明的“高效铝基复合材料液相振动焊接方法”(专利号：ZL.03111099.1),主要依靠振动条件下焊件表面微观突起相互剪切和液态钎料金属的适当溶解的机理,来实现氧化膜的破碎和焊缝的成型。氧化膜的破除与焊缝成型是同时完成的。正是由于氧化膜的破除与焊缝成型是同时进行的,致使整个过程的出现钎料易流失,焊缝成型较差的问题。

5、铝合金及其复合材料非真空半固态振动流变连接方法

哈尔滨工业大学闫久春等人发明的“铝合金及其复合材料非真空半固态振动流变连接方法”(公开号：1876302A)，棒料焊件要依靠振动单一焊件条件下，使得钎料中的固相颗粒去挤压机破碎基体氧化膜、钎料金属中液态部分的适当溶解的机理,来实现氧化膜的破碎和焊缝的成型。焊接过程中需要较高的对中精度与焊接间隙，对被连接件的形状有较高的要求，并且由于振动引起的周期性压缩－拉伸效应使焊缝极易产生气孔，极大地限制了焊缝强度的提高，使该种焊接方法应用范围受到了一定的限制。

6、无保护低温焊接铝基复合材料的方法

哈尔滨工业大学吕世雄等人发明的“一种无保护低温焊接铝基复合材料的方法”(公开号：CN1326836A)，该方法主要是依靠不锈钢钢丝刮磨涂有Zn-Al基钎料的工件表面，使铝基复合材料表面氧化层破坏，从而使熔化的钎料渗入母材中而实现连接。焊接过程中需要钢丝对工件表面进行刮磨，破除氧化层不彻底且不易实现自动化，同时刮磨的过程中容易卷入气体，使焊缝极易产生气孔。