[發明專利]外加振動能量輔助下的鋁合金與鎂合金異質半固態釬焊方法

無效

• 申請號: 201110203101.5
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102266994A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 許惠斌;李暉;羅泉祥;曾友亮;杜長華;周博芳;孫匯彬;彭坤
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K1/06
• 分類號: B23K1/06;B23K1/20
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及一種鋁合金與鎂合金異質焊接方法。

背景技術

異種金屬焊接構件的特點是能夠最大限度地利用材料的各自優點，收到“物盡其用”的效果，而且又可獲得更好的經濟效益。由于Mg的比剛度高，導熱、導電性能好，電磁屏蔽、阻尼性能好且價格低廉，因此成為新世紀最有發展潛力的非鐵金屬材料之一。而鋁鎂異種材料焊接將鎂的高比強度、高比彈性模量、高阻尼減震性、高導熱性、高靜電屏蔽性、高機械加工性和極低的密度與鋁的良好的機械強度、良好的耐蝕性能相結合起來。又由于鎂和鋁在地殼中的含量都很豐富，因此鎂鋁異種材料若能牢固焊接在一起，將具有十分廣闊的應用前景。鎂和鋁熔焊時，由于兩種材料的相互溶解度很小，在焊縫中形成大量的金屬間化合物，從而使焊縫變脆，接頭性能低。

下面分別對現有的各種方法進行介紹：

1、熔化焊

熔化焊（如TIG焊、激光焊等）是金屬材料連接最常用的焊接方法之一，但將其應用于鋁鎂異種材料的焊接中，在接頭熔合區附近存在大量連續的Mg₁₇Al₁₂，Mg₂Al₃等脆性金屬間化合物相，這些脆性金屬間化合物使得在鎂和鋁接合處施加很小的力也會開裂，而不能獲得性能較好的Mg/Al異種金屬焊接接頭。

2、釬焊

鋁合金表面存在一層致密的氧化膜（Al₂O₃），釬焊過程中如去除不徹底，釬料對表面的潤濕鋪展能力將被大大降低，嚴重影響接頭的成形及最終性能。目前對于鋁合金材料的釬焊采用釬劑，通過化學反應去除氧化膜，或者采用真空的焊接環境以避免厚且致密的氧化膜的生成來實現焊接，或者提高釬焊溫度，基體部分軟化甚至熔化在某種程度上可得到改善。然而，釬劑的使用一方面是增加了成本，另一方面釬劑一般都具有腐蝕性，如焊后清洗不完全，接頭在服役過程中容易出現腐蝕破壞問題；真空環境的焊接限制了焊接的靈活性，結構稍復雜、尺寸稍大的構件的焊接變得困難，且該方法焊接周期長、成本高；釬焊溫度過高易引起母材的過燒熔蝕，影響釬焊質量。

3、固相焊

利用摩擦焊焊接Mg/Al異種金屬得到焊接接頭的組織為兩種材料的混合層，由于焊接過程同樣存在大的塑性變形和固態流動，使得攪拌區內得到由動態再結晶得到的細晶組織，強度和韌性介于2種材料之間，從而成功地實現了鎂合金與異種金屬的連接。但攪拌摩擦焊設備較昂貴，成本高，導致攪拌摩擦焊在Mg/Al異種金屬的焊接收到限制。

利用真空擴散焊需要通過嚴格控制加熱溫度、保溫時間和焊接壓力，才可以獲得界面結合緊密的Mg/Al異種金屬擴散焊接頭，接頭界面過渡區主要是由Mg,Al原子相互擴散形成的，并且界面過渡區呈現界限分明的相層。該方法需要在真空環境下，限制了焊接的靈活性，結構稍復雜、尺寸稍大的構件的焊接變得困難，且該方法焊接周期長、成本高。

綜上所述，鋁合金與鎂合金的焊接性比較特殊，無論采用哪種焊接方法，Mg/Al異種金屬焊接接頭的結合區均存在高硬度的脆性Mg-Al系金屬間化合物相，這對于提高Mg/Al異種金屬接頭的塑韌性及應用都是不利的。主要原因是由于脆性的鋁鎂金屬間化合物使連接工藝難以控制。

可見，鋁合金/鎂合金的焊接由于缺乏一種比較通用的、可靠的焊接工藝，其應用與推廣受到極大的限制，隨著汽車工業及低碳生活的發展，這個問題日益突出。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述不足，提出一種鋁合金與鎂合金異質半固態釬焊方法，在焊接過程中外加振動能量進行輔助，通過被焊表面不接觸的條件下釬料的液態金屬的流變去膜以及焊縫的半固態振動流變成型,實現去膜與成型的分階段控制，減少Mg-Al系金屬間化合物相的產生，并且通過振動使得以生成的Mg-Al系金屬間化合物相均勻分布，甚至達到Mg-Al系金屬間化合物彌散化，從而,使接頭的性能得到較大的改善。

本發明的技術方案如下：