[发明专利]一种定量评估金属材料固态焊接性能的方法

说明书

本发明涉及一种定量评估金属材料固态焊接性能的方法，包括：准备热压焊合试样和热压参照试样；在不同试验条件下进行热压焊合实验和热压实验；计算焊合界面的焊合程度；采用测试获得热压焊合后样品与热压后样品的力学性能并计算其比值；通过曲线拟合、线性回归以及空间曲面构建，建立试验条件与界面焊合程度及力学性能比值之间的定量关系，建立金属材料在固态焊接中的可焊性图。本发明可单独量化界面结合程度对焊合界面力学性能的影响，可建立固态焊接中的基本物理量与焊合界面结合程度及界面性能之间的定量关系，建立可焊性图，对金属材料的固态焊接性能做出准确评估，可为多种实际应用中的固态焊接工艺提供依据和指导。

技术领域

本发明属于金属材料固态焊接技术领域，尤其涉及一种通过建立固态焊接基本物理变量与焊合界面结合程度及界面性能之间定量关系，构建金属材料可焊图，进而评估金属材料固态焊接工艺可焊性的方法。

背景技术

近年来，搅拌摩擦焊、线性摩擦焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊、冷焊、热压键合、叠层轧制、分流模挤压以及超声波叠层制造等固态焊接技术已成功应用于多种宏观尺度(毫米到米)工程结构件的连接、微机电系统元件的圆片级封装以及纳米尺度元件的键合。在固态金属焊接技术中，焊接工艺参数的选择是决定焊接接头性能的关键因素，因此，焊接工艺参数对焊合界面结合程度、微观结构以及界面性能的影响规律成为各种固态焊接工艺的研究重点。

由于不同固态焊接工艺的具体焊接方式存在差异，焊接工艺参数存在多样性和复杂性。但是，从本质上而言，影响金属材料固态焊接性能的基本物理量包括压力、温度、时间、塑形变形程度、应变速率以及待焊金属材料表面状态等。因此，人们尝试采用一些特定的实验方法模拟固态焊接过程，并研究焊接过程中基本物理量对焊接性能的影响规律。但是，截止目前为止，现有方法仍存在一些亟待解决的关键问题。首先，人们尚未找到一种可有效评估金属材料固态焊接性能的方法。其次，仍然难以实现焊合界面结合程度的定量评估，特别是当焊合界面的焊合缺陷在亚微米级别时，采用超声波探伤等传统方法难以准确探测并量化界面的未焊合程度。再次，目前人们还采用直接比较不同焊合条件下所获焊缝的力学性能的方法以区分焊缝的焊接质量，但由于变形温度、应变速率、应变以及时间等因素对金属材料硬度、强度以及延伸率等力学性能具有显著影响，因此，这种方法也不能真实反映界面结合程度对焊缝力学性能的影响。

综上，由于上述条件的限制，目前人们尚不能准确建立固态焊接中的基本物理量、焊合界面结合程度、界面力学性能之间的定量关系，也尚未提出定量评估金属材料固态焊接性能的方法。因此，有必要建立一种新的金属材料固态焊接性能的定量评估方法，以期解决上述现有技术中的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种定量评估金属材料固态焊接性能的方法。本发明的方法既可以对焊接接头的界面结合程度进行准确量化，也能够单独量化界面结合程度对焊缝力学性能的影响，特别是能够建立固态焊接中的试验条件与焊合界面结合程度及界面性能之间的定量关系，使金属材料固态焊接性能的评估精准化、目标化，大大降低了焊接过程存在的偶然性、盲目性，对金属材料的固态焊接性能的评估以及实际固态焊接工艺参数的选择具有重要的理论指导和现实意义。

本发明的目的之一是提供一种定量评估金属材料固态焊接性能的方法。

本发明的目的之二是提供定量评估金属材料固态焊接性能的方法的应用。

为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种定量评估金属材料固态焊接性能的方法，包括如下步骤：

(1)首先，采用相同的材质制备热压焊合试样和热压参照试样；

(2)对两个热压焊合试样在不同试验条件下进行热压焊合试验，试验完成后保留热压焊合试样的微观结构；

(3)采用与步骤(2)相同的试验条件对一个热压参照试样进行热压试验；试验完成后保留热压参照试样的微观结构；