[發明專利]基于共晶反應的聲致瞬間液相擴散焊焊接方法

在審

• 申請號: 201611217487.4
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106735833A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王謙;朱琳;付陽;張兆芃;梁悅;唐新宇;胡婭
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/24;B23K20/10
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于材料焊接與連接技術領域，具體來說涉及一種基于共晶反應的聲致瞬間液相擴散焊焊接方法。

背景技術

瞬間液相擴散焊(簡稱TLP焊接)是屬于擴散焊的一種焊接方法，傳統TLP焊接適用于焊接性較差材料的焊接，特別適用于耐熱合金、異種材料等材料的焊接。

傳統的TLP焊接是利用熔點比母材低的材料作為中間層，通過加熱使中間層熔化或利用中間層與母材之間發生共晶反應產生液相，液相浸潤母材表面填充毛細間隙。固液相之間發生元素擴散，形成致密的界面連接，在隨后的保溫過程中，降熔元素向母材中擴散，最終實現等溫凝固和均勻化過程形成焊接接頭。

然而，傳統TLP焊接工藝存在明顯的弊端，具體如下：需在真空環境下進行，中間層與母材之間元素的互擴散進行緩慢，導致等溫凝固和均勻化需要消耗較長的時間，這就使傳統TLP焊接的焊接時間長達幾小時甚至幾百小時。傳統TLP焊接由于在真空環境下完成，對構件尺寸、形狀要求較高，不利于連續生產，且成本高，效率低。在利用TLP焊接對異種材料進行連接時，由于異種焊接母材熔點存在差異，對中間層的以及焊接溫度的選擇都存在一定的限制。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于共晶反應的聲致瞬間液相擴散焊焊接方法，該聲致瞬間液相擴散焊焊接方法不需真空環境，在大氣環境下即可完成。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的。

一種基于共晶反應的聲致瞬間液相擴散焊焊接方法，按照下述步驟進行：

步驟1，對中間層和2個待焊的母材表面進行清潔，裝夾所述中間層和母材，以使2個所述母材分別位于所述中間層的上、下表面，形成“母材/中間層/母材”的結構，其中，所述母材為金屬材料或非金屬材料，所述中間層為能夠與該母材發生共晶反應的材料；

在所述步驟1中，所述中間層的厚度為0.01～1mm。

在所述步驟1中，2個所述母材為相同材質或不同材質。

在所述步驟1中，所述母材為純鋁、鋁合金、可伐合金、鐵基合金、金屬基復合材料、鈷基合金、鎳基合金、鈦合金、不銹鋼或陶瓷。

在所述步驟1中，清潔所述母材的方法為：去除所述母材表面的油雜物和氧化膜，進行拋光，用丙酮或酒精擦洗所述母材表面后烘干。

在所述步驟1中，清潔所述中間層的方法為：用丙酮或酒精對所述中間層進行超聲波清洗，烘干。

步驟2，在大氣環境下，對步驟1中所述結構進行加熱，當溫度升至預定溫度時，超聲波換能器(超聲波振頭)對所述結構進行超聲波作用并沿垂直于待焊面的方向施加壓力，其中，所述預定溫度低于所述中間層的熔點并能使所述母材與中間層發生共晶反應；

在所述步驟2中，所述壓力的壓強為0.1～5.0MPa，優選0.15～2MPa。

在所述步驟2中，通過外加熱源對步驟1中所述結構進行加熱。

在所述步驟2中，所述外加熱源為電弧、激光、電子束、熱傳導或熱輻射。

在所述步驟2中，超聲波的振動頻率為20～100kHz，優選70～100kHz。

在所述步驟2中，超聲波換能器的輸出振幅為1～20μm，優選15～20μm。

在所述步驟2中，超聲波發生器(超聲波電源)的輸出功率為0.1～5kW。

在所述步驟2中，所述預定溫度高于共晶溫度5～80℃。

步驟3，待所述母材與中間層發生共晶反應并生成液相后，停止加熱，超聲波換能器繼續對所述結構進行超聲波作用并施加壓力，待所述結構冷卻至室溫20～25℃后，停止超聲波作用和施加壓力，完成焊接。

在所述步驟3中，所述共晶反應包括二元共晶反應和三元共晶反應。

如上述聲致瞬間液相擴散焊焊接方法在瞬間液相擴散焊中減少焊接時間的應用，焊接時間小于120分鐘。

相比于現有技術，本發明的基于共晶反應的聲致瞬間液相擴散焊焊接方法的有益效果為：

1.本發明在大氣環境下進行，利用超聲波的聲塑性效應、摩擦等因素，在固相條件下，氧化膜發生破裂，新鮮金屬發生接觸，有助于中間層與母材之間的發生元素擴散；

2.本發明利用超聲波影響中間層與母材之間的擴散，使其在低于中間層熔點下產生液相；

3.超聲波能夠加速等溫凝固和均勻化過程，縮短焊接時間；

4.在大氣環境下進行焊接，對構件尺寸形狀要求低，可連續、批量生產，成本低。

附圖說明