[发明专利]基于共晶反应的声致瞬间液相扩散焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于材料焊接与连接技术领域，具体来说涉及一种基于共晶反应的声致瞬间液相扩散焊焊接方法。

背景技术

瞬间液相扩散焊(简称TLP焊接)是属于扩散焊的一种焊接方法，传统TLP焊接适用于焊接性较差材料的焊接，特别适用于耐热合金、异种材料等材料的焊接。

传统的TLP焊接是利用熔点比母材低的材料作为中间层，通过加热使中间层熔化或利用中间层与母材之间发生共晶反应产生液相，液相浸润母材表面填充毛细间隙。固液相之间发生元素扩散，形成致密的界面连接，在随后的保温过程中，降熔元素向母材中扩散，最终实现等温凝固和均匀化过程形成焊接接头。

然而，传统TLP焊接工艺存在明显的弊端，具体如下：需在真空环境下进行，中间层与母材之间元素的互扩散进行缓慢，导致等温凝固和均匀化需要消耗较长的时间，这就使传统TLP焊接的焊接时间长达几小时甚至几百小时。传统TLP焊接由于在真空环境下完成，对构件尺寸、形状要求较高，不利于连续生产，且成本高，效率低。在利用TLP焊接对异种材料进行连接时，由于异种焊接母材熔点存在差异，对中间层的以及焊接温度的选择都存在一定的限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于共晶反应的声致瞬间液相扩散焊焊接方法，该声致瞬间液相扩散焊焊接方法不需真空环境，在大气环境下即可完成。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于共晶反应的声致瞬间液相扩散焊焊接方法，按照下述步骤进行：

步骤1，对中间层和2个待焊的母材表面进行清洁，装夹所述中间层和母材，以使2个所述母材分别位于所述中间层的上、下表面，形成“母材/中间层/母材”的结构，其中，所述母材为金属材料或非金属材料，所述中间层为能够与该母材发生共晶反应的材料；

在所述步骤1中，所述中间层的厚度为0.01～1mm。

在所述步骤1中，2个所述母材为相同材质或不同材质。

在所述步骤1中，所述母材为纯铝、铝合金、可伐合金、铁基合金、金属基复合材料、钴基合金、镍基合金、钛合金、不锈钢或陶瓷。

在所述步骤1中，清洁所述母材的方法为：去除所述母材表面的油杂物和氧化膜，进行抛光，用丙酮或酒精擦洗所述母材表面后烘干。

在所述步骤1中，清洁所述中间层的方法为：用丙酮或酒精对所述中间层进行超声波清洗，烘干。

步骤2，在大气环境下，对步骤1中所述结构进行加热，当温度升至预定温度时，超声波换能器(超声波振头)对所述结构进行超声波作用并沿垂直于待焊面的方向施加压力，其中，所述预定温度低于所述中间层的熔点并能使所述母材与中间层发生共晶反应；

在所述步骤2中，所述压力的压强为0.1～5.0MPa，优选0.15～2MPa。

在所述步骤2中，通过外加热源对步骤1中所述结构进行加热。

在所述步骤2中，所述外加热源为电弧、激光、电子束、热传导或热辐射。

在所述步骤2中，超声波的振动频率为20～100kHz，优选70～100kHz。

在所述步骤2中，超声波换能器的输出振幅为1～20μm，优选15～20μm。

在所述步骤2中，超声波发生器(超声波电源)的输出功率为0.1～5kW。

在所述步骤2中，所述预定温度高于共晶温度5～80℃。

步骤3，待所述母材与中间层发生共晶反应并生成液相后，停止加热，超声波换能器继续对所述结构进行超声波作用并施加压力，待所述结构冷却至室温20～25℃后，停止超声波作用和施加压力，完成焊接。

在所述步骤3中，所述共晶反应包括二元共晶反应和三元共晶反应。

如上述声致瞬间液相扩散焊焊接方法在瞬间液相扩散焊中减少焊接时间的应用，焊接时间小于120分钟。

相比于现有技术，本发明的基于共晶反应的声致瞬间液相扩散焊焊接方法的有益效果为：

1.本发明在大气环境下进行，利用超声波的声塑性效应、摩擦等因素，在固相条件下，氧化膜发生破裂，新鲜金属发生接触，有助于中间层与母材之间的发生元素扩散；

2.本发明利用超声波影响中间层与母材之间的扩散，使其在低于中间层熔点下产生液相；

3.超声波能够加速等温凝固和均匀化过程，缩短焊接时间；

4.在大气环境下进行焊接，对构件尺寸形状要求低，可连续、批量生产，成本低。

附图说明