[發明專利]高能束流熔壓焊工藝及專用夾具

有效

• 申請號: 200610161340.8
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101204760A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 徐越蘭;成志富;顧民樂;范曉龍;張俊;顧玲燕;韓海林;沈姍姍;周光敏;黃俊;朱和國;任江毅
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/00;B23K37/053;B23K10/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心
• 代理人: 張駿鳴

一技術領域

本發明涉及一種TiNi形狀記憶合金熔化連接技術，特別是一種高能束流熔壓焊工藝及專用夾具。

二背景技術

目前國內外可實現TiNi形狀記憶合金連接的方法有熔化焊、固相焊和釬焊。TiNi形狀記憶合金的熔化焊包括激光焊、電子束焊、氬弧焊、氬弧加壓焊。這些熔化焊的焊接方法通常可以實現良好的接頭成形，但它的不足是易使焊縫產生柱狀晶，晶界上有氧化夾雜物等，導致焊接接頭的拉伸強度低于母材的拉伸強度，另外，焊接接頭記憶效應損失率也較大，這兩點始終是熔化焊焊接形狀記憶合金的難題。

日本東京K.Kimura和H.Tobushi在Journal?of?Intell?igent?material?andStructures.11(7)公布了對TiNi形狀記憶合金絲采用鎢極氬氣保護電弧焊進行焊接的方法。其過程是：焊前合金絲用320號砂紙清理絲材待焊接部位和鄰近部位，去除表面氧化物，并將要對接的兩端面用砂輪機磨成與軸向垂直的兩個面。焊接采用TIG弧熱源，其焊接過程不需要填充金屬，而是通過一個可以提供彈簧壓力推動合金絲的夾具來實現對熔化部位的頂鍛，完成對TiNi形狀記憶合金絲的連接。針對2mmTiNi形狀記憶合金絲焊接工藝為：電極與工件間的距離：1.6mm；直流正接；氬氣保護的流量為15升每分鐘；焊接時間為0.2秒；焊接電流：10A；焊件所受壓力：1.74N；焊件壓入長度為1.0mm。這種方法的不足在于：首先它的TIG弧熱源不夠集中，使焊接接頭存在熱影響區，而熱影響區組織都較母材粗大；其次它所依靠的夾具僅能將焊絲壓短1mm，同時借助一定的頂鍛力使熔化的焊縫組織致密，它并不能解決這部分焊縫組織與母材比較晶粒粗大和產生有害的新相變化的問題。而且隨著溫度的變化使接頭處的形狀記憶效果與原始母材也存在差別，粗大的焊縫組織和熱影響區嚴重損失了焊接接頭處的強度。

三發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足提供一種能保證焊接接頭的拉伸強度和記憶效應與母材相當的高能束流熔壓焊工藝及專用夾具。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：高能束流熔壓焊工藝，其特征是該工藝的熔化焊接熱源選擇具有電弧能量集中、挺直并電弧穿透力強的高能密度束流作為施焊熱源，具體工藝步驟如下：

1、將清理后的被焊合金絲固定在工裝夾具中，使接頭位置對準并固定；

2、將熔化焊接熱源垂直固定在被焊合金絲接頭的上方，其電極與合金絲接頭的垂直距離為3.5-4mm；

3、打開電源，使產生出的高能密度束流的熱源對準兩根對接好的合金絲的結合處施焊，使之熔化，焊接時間為2～3秒，在焊接過程中，同時由工裝夾具中的通氣管在下部向施焊部位通惰性保護氣體；

4、由工裝夾具中的預緊力將對接的焊絲沿軸線向結合處頂鍛，其頂鍛力為2.701N，直至將結合部位被熔化的焊縫金屬全部擠出為止，獲得均勻的與母材相同的焊接接頭；

5、焊接結束后繼續通保護氣2-3分鐘，直到完全冷卻至室溫后，卸下被焊合金絲，完成整個焊接過程。

為實現上述高能束流熔壓焊工藝，采用的專用工裝夾具由底座、彈簧、擋板、通氣銅管組成。其特征是：底座為具有高低平面的階梯狀長方體，在底座的高平面沿長度方向在平面中心開有表面凹槽，在表面凹槽下部、開有與凹槽平行的通氣孔，通氣孔的一端與表面凹槽的一端相通，此處即為施焊區。在高平面的上部有一塊用于固定凹槽內被焊合金絲的靜壓板；在底座低平面上設置有動壓板，在動壓板面對臺階的前端面中心部位開有與底座凹槽同軸的被焊絲定位孔；在動壓板后端面上，沿板厚中心線、與底座長度方向平行、對稱開有放置彈簧的兩個孔；動壓板通過固定在底座兩側的左右擋板橫向定位，放入動壓板中的彈簧被固定在底座的后擋板壓緊，使動壓板在彈簧頂鍛力作用下可沿長度方向位移，底座高低平面形成的臺階起到限制動壓板前端面沿底座長度方向位移的定位作用。位移距離為5mm，彈簧的頂鍛力為2.701N。