[发明专利]一种弥散铜固相焊接方法

说明书

一种弥散铜固相焊接方法，包括如下步骤：对焊接试板的焊接接头进行加工和表面处理、两块待焊试板组对安装在焊接工装上、对待焊试板施加竖向预紧以约束待焊试板之间的间隙、根据焊接参数进行正面的搅拌摩擦焊、再按照前述方法进行另一面的焊接。本发明可以实现大截面尺寸弥散铜焊接成型，使得弥散铜板坯尺寸不受限制，显著降低需求单位设计难度。

技术领域

本发明属于陶瓷颗粒弥散强化型金属材料固相焊接技术领域，具体涉及一种弥散铜固相焊接方法。

背景技术

弥散铜是一种高强高导铜基复合材料，其基体中弥散分布着纳米级氧化铝颗粒强化相，在保证铜基体高导电、高导热性能同时，显著提高了材料的软化温度、硬度和强度。由于弥散铜材料加工硬化速率高、变形加工难度大，采用轧制、锻造等工艺难以制备出大截面尺寸或者形状复杂的异形构件，因此弥散铜的焊接技术显得格外重要。

现有弥散铜焊接工艺主要有熔焊和钎焊，涉及到的材料主要有弥散铜与弥散铜，以及弥散铜与紫铜、铬锆铜、不锈钢、铝及铝合金等。由于氧化铝与铜金属的密度差异大、浸润性差，熔焊时弥散铜中的氧化铝会漂浮于熔池上方，造成熔焊层之间出现夹杂，影响接头力学性能；专利采用每道次酸洗除杂，虽然能改善熔焊效果，但增加了酸洗步骤，降低了生产效率。弥散铜钎焊也存在一定弊端，比如需要采用昂贵的银基钎料，钎焊工艺复杂且对设备能力要求高，接头质量不稳定，钎焊层晶界反应严重、易出现孔洞。最棘手的问题是，弥散铜熔焊、钎焊过程中引入了焊丝、钎料等异种材质，焊接接头成为弥散铜焊接件性能薄弱部位，导致弥散铜构件不能继承弥散铜材料的高强、高导、耐高温等性能，限制了弥散铜焊接件的应用范围。

有文献研究指出可以采用搅拌摩擦焊的方式实现弥散铜的焊接，但是对于大截面尺寸弥散铜构件来说，搅拌摩擦焊接时，很容易出现沿垂直于焊缝方向向两侧炸开或者向上翘曲变形，而且也会出现焊缝分层影响焊接质量的问题。所述的“大截面尺寸”是指棒料直径≥60mm或板坯边长≥100mm。

发明内容

本发明的目的是提供一种弥散铜固相焊接方法，该方法借助所设计的焊接工装，对弥散铜的焊接采用搅拌摩擦焊的技术，可以解决大截面尺寸弥散铜焊接过程的质量问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种弥散铜固相焊接方法，包括如下步骤：

步骤一，将两块待焊试板的焊接接头位置加工成直角平板接头，然后对接头位置进行表面处理；

步骤二，将两块待焊试板以接头相对的形式组对并安装在焊接工装的两个边部定位挡条之间，并且使得两块待焊试板的前端抵在焊接工装的端部定位挡条上；

步骤三，通过焊接工装的侧面预紧压板对每块待焊试板上与焊缝平行的边部施加竖向的预紧力，并确保两块待焊试板之间的间隙小于0.2mm；

步骤四，采用搅拌摩擦焊对两块待焊试板进行正面焊接，搅拌摩擦焊的主轴倾角为2.5°，主轴转速100～480rpm，焊接速度100～200mm/min，轴肩下压量0.1～1mm；在进行焊接过程中，安装在主轴前进侧的压紧轮随主轴同步前进，对搅拌头前端的焊缝进行约束；

步骤五，完成试板正面焊接后，对焊缝进行打磨清理，然后将试板翻转，使得焊缝同向反置，再按照步骤二、三重新将试板安装在焊接工装上，并以步骤四的焊接参数进行试板背面的焊接，焊接完成后，将焊接后的试板从焊接工装上取下。

所述步骤一中的表面处理包括对试板焊接接头位置的打磨和清洗。

对试板焊接接头位置清洗时采用丙酮或酒精清洗。

所述搅拌头的长度为待焊试板厚度的1/2～3/4。

所述的焊接工装具有一块基板，所述的边部定位挡条和端部定位挡条均焊接在所述的基板上表面，且边部定位挡条的厚度小于待焊试板的最大厚度，以使得所述侧面预紧压板在压紧待焊试板的同时与边部定位挡条之间留有间隙。