[发明专利]一种超声辅助半固态焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种超声辅助半固态焊接方法。

背景技术

半固态连接是在半固态加工技术的基础上发展而来的，它是将金属或合金在固相线与液相线温度区间进行连接的一种方法。半固态扩散钎焊技术是指母材在再结晶温度以上，填充钎料在半固态温度区间范围内，通过母材与钎料界面的相互扩散，形成低熔点的共晶成分并继续扩散，以及随后的均匀化再结晶过程，最终形成与母材成分组织均匀一致的焊缝接头。半固态扩散钎焊技术相对于普通钎焊技术，其接头具有耐高温性好、力学性能高和自清净能力强等诸多优点，目前多用于先进材料的连接，但对某些焊接结构性能要求较高的领域，存在中间层和和端面质量满足不了要求的情况。

近年来，多学科工艺交叉和多种成形焊接方法结合已成为新的潮流，其可以同时发挥多种工艺的优势，从而提高制件的力学性能和使用性能。已有研究表明在钎焊过程中施加一定的超声振动，可以改变连接界面行为，从而提高接头性能的工艺。此外，滚压加工是通过一定形式的滚压工具向工件表面施加一定压力。在常温或高温下利用金属的塑性变形，从而提高工件的表面强度和韧性，以同时实现工件的光整加工及表面强化。

因此，若能将半固态连接技术、超声辅助技术以及滚压加工技术结合，开发出新型的金属连接技术，以进一步提高焊接结构的性能，并改善焊接条件，将具有极大的发展前景和应用空间。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种超声辅助半固态焊接方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超声辅助半固态焊接方法，它分为以下步骤：

步骤1：采用超声波清洗母材的待焊区表面，超声波的超声功率为15-20w，清洗时间为10-20min，然后将待焊的两块母材拼放在一起；

步骤2：采用金属熔化炉将焊料熔化，熔炼温度为700-720℃，待焊料熔化后进行冷却；

步骤3：在焊料冷却过程中对焊料施加半固态搅拌，使其具有球状晶粒和液相的两相组织；

步骤4：待焊料冷却至600-630℃时，将其浇入恒温注料器，并在600-630℃下进行保温，使焊料的液相率为50—60％；

步骤5：打开原位感应加热器，将待焊区初始位置的母材加热至450℃，并保持5s，随后将超声波振动头与焊接母材接触，对焊接母材施加超声辅助振动，设置超声波的振动频率为20kHz，功率为1000-2000W；

步骤6：打开恒温注料器下部的出料口开始注入焊料，等待3s，启动原位感应加热器和恒温注料器的移动装置，并使两者按照相同速度沿焊缝向未焊接区域移动；

步骤7：待原位感应加热器和恒温注料器移动20mm后，使滚动压头施加20-40MPa比压力于焊缝初始位置，并使滚动压头保持与原位感应加热器、恒温注料器同样的速度沿焊缝向未焊接区域移动，在移动过程中保持比压力不变，最后得到焊接构件。

上述母材为铝合金、镁合金、SiCp/Al复合材料中的任一种，焊料的材质与母材的材质相一致，或者焊料均采用铝合金。

上述母材为铝合金、镁合金、SiCp/Al复合材料中的任两种组合，焊料的材质为两种母材其中的任一种，或者焊料均采用铝合金。

本发明原位感应加热器、恒温注料器、滚动压头的移动速度均为2-3mm/s。

采用本发明提供的超声辅助半固态焊接方法可以焊接出力学性能高、使用性能更好的构件，能提高工件的表面强度和韧性，同时实现工件的光整加工及表面强化；此外，本发明还具有应用材料范围广、生产效率高和焊接条件好等优点，具有极大的发展前景和应用空间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明方法的操作示意图。

图2为图1的俯视图。

图中：1、母材；2、超声波振动头；3、原位感应加热器；4、焊料；5、恒温注料器；6、滚动压头。

具体实施方式

如图1～图2本发明一种超声辅助半固态焊接方法，它分为以下步骤：

步骤1：采用超声波清洗母材1的待焊区表面，超声波的超声功率为15-20w，清洗时间为10-20min，然后将待焊的两块母材1拼放在一起；

步骤2：采用金属熔化炉将焊料4熔化，熔炼温度为700-720℃，待焊料4熔化后进行冷却；

步骤3：在焊料4冷却过程中对焊料4施加半固态搅拌，使其具有球状晶粒和液相的两相组织；