[發明專利]超聲釬焊鋁基復合材料焊縫復合化方法

有效

• 申請號: 200710072536.4
• 申請日: 2007-07-20
• 公開（公告）號: CN101088691A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 趙維巍;閆久春;許惠斌;張洋;李大成;楊士勤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/06
• 分類號: B23K1/06;B23K35/14;B23K35/28;B23K103/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 榮玲

技術領域

本發明涉及一種焊接方法。

背景技術

鋁基復合材料是新型材料中最有發展前景的材料之一。由于其高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、導電導熱性能好、熱膨脹系數小等優點，在航空、航天、船舶、汽車制造業等領域有著廣泛的應用前景。非連續增強鋁基復合材料具有制造方法簡單，各向同性，可進行二次加工等特點，被認為是一種很有發展前途的復合材料。但當這種復合材料被加工成構件以后，并應用到實際生活、生產中時，就涉及到連接問題。現有焊接非連續增強鋁基復合材料的方法有熔焊、擴散焊、釬焊等方法。但現有的焊接非連續增強鋁基復合材料的方法存在焊接后形成的接頭處不帶有增強相的問題，導致焊接件的整體質量的下降。

發明內容

本發明是為了解決現有的焊接非連續增強鋁基復合材料的方法存在焊接后形成的接頭處不帶有增強相的問題，而提出超聲釬焊鋁基復合材料焊縫復合化方法。超聲釬焊鋁基復合材料焊縫復合化方法通過以下步驟實現：一、將釬料做成50～500μm的薄片或做成直徑2000～5000μm的棒或絲放入兩個待焊部件的焊縫間隙中或間隙端口；二、在超聲波頻率為20～100kHz、振幅為1～50μm、釬焊溫度為380～450℃的條件下對釬焊部分進行超聲釬焊0.1～60s，完成初步釬焊并在焊接處形成焊接接頭；三、將焊接接頭部分的溫度調整為450～550℃并保持1～60分鐘，然后對焊接接頭施加10～200N的壓力，在對焊接接頭施加壓力的同時以超聲波頻率為20～100kHz、振幅為1～50μm條件對焊接接頭施加超聲波振動0.1～60s，即實現超聲釬焊鋁基復合材料焊縫復合化。本發明中焊接近縫區的母材被合金釬料溶解，采用多次超聲振動攪拌下，增強體與液化基體合金以及釬料合金混合形成新的復合材料，實現焊縫區為含有增強相的復合材料結構。而且此種方法可采用溫度較低的Zn-Al合金作為填充金屬，實現較低溫度下的釬焊，而通過此種方法連接得到的這種復合接頭不但微觀結構與母材很接近，而且其基體合金成分大幅變化，Zn元素的含量大幅下降，而Al元素的含量大幅上升，焊縫基體的熔點能得到提高，實現較高溫度環境下工作的高質量接頭，同時焊接接頭的力學性能和熱膨脹性能都得到很大的改善，熱膨脹系數獲得降低，焊縫強度接近母材的強度水平。同時由于接頭中的Zn元素的含量大幅降低，接頭的耐腐蝕性得到提高。而本方法是在大氣條件下無釬劑的釬焊方法，所以此焊接方法獲得接頭變形量小，操作方便、易于實現自動化焊接，相對較低的焊接溫度就使得焊接過程更加節能降耗，而不采用釬劑的方法是一種“綠色”無焊后污染和腐蝕的方法。用本發明中的方法進行鋁合金釬焊時無釬劑，所以對工件無任何腐蝕作用，本發明中的方法焊接周期短，比現有方法減少了30％～60％，操作成本低，比其它方法降低了20％～45％，利用本發明中的方法進行焊接后，焊接接頭強度顯著提高，可達到母材的強度，比現有釬焊方法產生的接頭強度提高了30％～50％。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式中低溫釬焊鋁合金獲得高溫使用性能焊接接頭的方法通過以下步驟實現：一、將釬料做成50～500μm的薄片或做成直徑2000～5000μm的棒或絲放入兩個待焊部件的焊縫間隙中或間隙端口；二、在超聲波頻率為20～100kHz、振幅為1～50μm、釬焊溫度為380～450℃的條件下對釬焊部分進行超聲釬焊0.1～60s，完成初步釬焊并在焊接處形成焊接接頭；三、將焊接接頭部分的溫度調整為450～550℃并保持1～60分鐘，然后對焊接接頭施加10～200N的壓力，在對焊接接頭施加壓力的同時以超聲波頻率為20～100kHz、振幅為1～50μm條件對焊接接頭施加超聲波振動0.1～60s，即實現采用合金釬料進行超聲釬焊鋁基復合材料焊縫復合化。

本實施方式中尤其適用于對基體為鋁或鋁合金，增強相為Al₂O₃顆粒、SiC顆粒、SiC晶須或Al₁₈B₄O₃₃晶須，增強相為復合材料總體積百分含量的5％～70％的顆粒增強鋁基復合材料或晶須增強鋁基復合材料的工件進行釬焊。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點在于步驟一中中釬料為Zn的質量百分含量為50％～99.99％的Zn-Al合金或純鋅中的一種。其它步驟與具體實施方式一相同。