[发明专利]铝/钛异种合金超声波焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接领域，尤其是铝/钛异种合金超声波焊接方法。 

背景技术

铝合金密度极低，比强度较高，同时具有非常好的成型工艺性能，价格较为低廉；钛合金的密度非常小，比强度高，将腐蚀以及抗断裂，韧性强，但是钛合金价格昂贵，这限制了在各个领域的广泛应用；为了使铝合金和钛合金能够优势互补，平衡材料的使用性能和经济效益，铝/钛异种合金的复合构件在汽车制造业中得到了越来越广泛的应用。然而，铝合金和钛合金之间的物理化学性能有着非常大的差异，从而对两种材料间的焊接造成巨大的困难，铝合金与钛合金的连接采用最广泛的方式是铆接、熔化焊接及螺纹连接等，国内没有获得高质量焊接的成熟的铝钛异种合金焊接工艺，限制了铝合金和钛合金的复合构件更加广泛的应用。 

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种铝/钛超声波焊接方法。 

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。 

一种铝/钛超声波焊接方法，步骤如下： 

（1）将铝合金与钛合金裁剪成长方形并对两种合金进行表面去氧化膜或不去氧化膜处理；

（2）铝合金与钛合金采用搭接方式进行焊接，焊接过程中将铝合金或钛合金置于超声波焊机的下声级上，保持工件与下声级完全贴合，而上声级则在工艺参数下由上至下压向工件，从而实现铝钛异种合金的连接；

所述铝合金中镁与硅为主要成分；钛合金为双相，在平衡态下主要为α相，β相为9~30%。

所述铝合金与钛合金的厚度为0.25~0.35 mm。 

所述铝合金去氧化膜的方法为：将铝合金薄片在浓度为5~12%的NaOH溶液中浸泡3~ 5 min，取出后用大量清水清洗，吹干；钛合金去氧化膜的方法为：将钛合金薄片置于15%HNO₃+5%HF+80%H₂O溶液中浸泡3~5 min，取出后用大量清水清洗，吹干。 

所述工艺参数为：焊接静压力为0.4~0.7 MPa，焊接时间为80~170 ms，保压时间为350 ms。 

由于镁与硅的比重小，强度比纯铝高，焊接性好，耐腐蚀性能好，疲劳强度高等等，因此采用镁与硅为主要元素的铝合金；采用双相钛合金是由于其综合力学性能好，组织稳定性好，具有非常好的塑性、韧性和高温变形的性能。 

本发明方法的优点在于： 

1.      采用超声波焊接技术在焊接过程中不产生金属间化合物，使焊缝成型质量高，而且低温、低压、低能耗，还能实现异种金属间的焊接。

2.采用超声波焊接技术，并研究不同工艺参数的影响，焊接铝钛焊接接头具有很高的拉伸强度和剥离强度。 

具体实施方式

实施例1 

焊接时间对接头拉伸剪切强度的影响：

将0.3mm厚的铝合金、钛合金薄板裁剪为160mm×10mm这一规格的长方形，然后将部分裁剪好的铝合金薄片、钛合金薄片进行去氧化膜处理，超声频率为20 KHz，延迟时间为350 ms，焊接气压在0.4~0.7 MPa范围内变化（按照每相隔0.1 MPa取值），将铝合金与焊极接触，钛合金与焊极接触两种超声波焊接方法下，焊接对铝钛异种合金焊接接头的拉伸剪切强度的影响。 

结果表明最佳的焊接时间在150 ms，铝钛焊接接头的最大拉伸强度为5.06 MPa，钛合金与焊极接触的接头拉伸剪切强度大于铝合金与焊极接触的接头强度。 

实施例2 

焊接压力对焊接接头拉伸剪切强度的影响：

将0.3mm厚的铝合金、钛合金薄板裁剪为160mm×10mm这一规格的长方形，然后将部分裁剪好的铝合金薄片、钛合金薄片进行去氧化膜处理，超声频率为20 KHz，延迟时间为350 ms，焊接时间在80~170 ms范围内变化（按照每相隔10 ms取值），将铝合金与焊极接触，钛合金与焊极接触两种超声波焊接方法下，焊接对铝钛异种合金焊接接头的拉伸剪切强度的影响。

结果表明在焊接压力为0.5 MPa时，铝合金与焊极接触和钛合金与焊极接触两种焊接方法加工的焊接接头都达到最大拉伸剪切强度，钛合金与焊极接触的接头拉伸剪切强度大于铝合金与焊极接触的接头强度。 

实施例3 

铝合金与钛合金的氧化膜对拉伸剪切强度的影响：