[發明專利]一種基于窄間隙內薄層熔體超聲細晶化處理提高釬焊焊縫強度的方法

有效

• 申請號: 201710330926.0
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107096974B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 閆久春;吳炳智
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/06
• 分類號: B23K1/06;B23K3/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清;牟永林

一種基于窄間隙內薄層熔體超聲細晶化處理提高釬焊焊縫強度的方法，本發明涉及材料焊接技術領域。本發明要解決現有釬焊連接方法由于焊接周期長和焊接溫度高引起的焊縫金屬晶粒粗大、組織不均勻，及由此造成的釬焊焊縫強度低的問題。方法：一、將釬料和母材組裝成待焊件，調控母材搭接間隙；二、初步釬焊；三、薄層熔體超聲波細晶化處理。采用本發明的方法釬焊后焊縫晶粒尺寸明顯細化，釬縫的強韌性大幅度提高，本發明中的方法工藝簡單，操作成本低，可實現鋁合金、銅合金、鎂合金、鋁基復合材料、陶瓷及陶瓷基復合材料的釬焊焊縫的細晶強化，可用于復雜結構件工程應用領域。

技術領域

本發明涉及材料焊接技術領域。

背景技術

鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋁基復合材料、陶瓷及陶瓷基復合材料，在國防、航空航天、機械、化工和電子等領域都得到了廣泛的應用，其連接技術一直是眾多研究者關注的熱點。釬焊是目前普遍應用的一種材料連接方法。釬焊連接時，為了促進釬焊界面附近母材與液態釬料之間的擴散、溶解和化學反應，一般來說焊接周期長且焊接溫度高，這就會引起釬焊焊縫金屬晶粒粗化，組織不均勻，造成的釬焊焊縫強度低的問題。

為了細化釬縫金屬提高釬焊焊縫強度，中國專利02125594.6“納米顆粒增強的錫鉛基復合釬料及制備方法”提出了一種納米顆粒增強的錫鉛基復合釬料，采用該釬料釬焊金屬基復合材料可在釬焊過程中保持錫鉛釬料熔化溫度低、潤濕性好，細化釬縫組織提高釬焊接頭的抗拉強度；中國專利201210267735.1“一種提高釬縫強度的釬焊方法及其釬焊爐”，提出了采用含鐵磁性金屬粉的錫基釬料，并在釬焊銅時在銅母材一側施加強磁場，熔融釬料中的鐵磁性金屬粉在磁場作用下向銅母材側界面偏聚，形成高強度連接，釬料中添加的鎳、鐵、鈷粉末顆粒成為異質形核點，細化釬料晶粒，提高釬焊接頭的強度。采用含微米或納米顆粒增強的復合釬料進行釬焊，顆粒相的加入可一定程度細化焊縫組織提高，但制備復合釬料一般需要球磨等處理，這就增加了工藝的復雜程度，而且針對復雜合金體系的釬料合金，制備復合釬料相對困難，因此該方法適用范圍較窄；采用物理場如電、磁場來細化組織投資相對較大，不易操作，且這種方法同樣適用范圍較窄。

功率超聲在冶金鑄造領域得到了一定的應用，中國專利201310225968.8“一種通過超聲波提高鋼水潔凈度和細化晶粒的方法”，提出在冶煉鋼的過程中將超聲波直接引入高溫鋼液，可以達到提高鋼水潔凈度同時細化鑄坯晶粒和均勻組織的目的。中國專利201310525122.8“一種用于鋁合金超聲凈化除氣的動態施振方法”提出了間隔不同時間循環超聲處理熔體，可達到凈化除氣的目的，從而提高鋁合金力學性能；中國專利201510762213.2“一種鉛錫合金鑄造組織的晶粒細化方法”提出在制備鉛錫合金熔體中施加超聲波處理、或在鉛錫合金澆注過程中施加超聲波處理、或在制備鉛錫合金熔體和鉛錫合金熔體澆注過程中均施加超聲波處理的方式來實現鉛錫合金鑄造組織的晶粒細化；文獻“超聲場對7B50鋁合金凝固組織的影響，李曉謙，劉詩月，蔣日鵬，上海有色金屬，2008，29(2)”報道了在鋁合金的鑄造過程中，將超聲變幅桿浸入鋁熔體中施加超聲波振動，鋁合金晶粒可細化至約80μm；從上面可以看出，在冶金技術領域，常利用功率超聲處理金屬及合金熔體，達到除氣和晶粒的細化的目的，但是也存在一些問題：(1)在超聲鑄造領域，超聲處理的時間往往需要幾十分鐘甚至數個小時，長時間的超聲作用會產生熱效應，導致金屬熔體溫度上升，一定程度會使得凝固組織粗化；(2)超聲變幅桿直接置入合金熔體中，一方面長期使用會造成變幅桿的溶解腐蝕和破壞，另一方面變幅桿長時間處于高溫熔體中時，其共振頻率會產生顯著的漂移，進而導致阻抗與頻率不匹配，超聲處理效果變差；(3)當超聲作用于熔體凝固過程時，由于實際澆注過程熔體凝固較快，熔體存在的時間相對短暫，而隨著熔體凝固的進行其粘度逐漸增加，超聲處理過程產生的空化泡變大和潰滅將變得極為緩慢，因此空化作用的細化效果將大為降低。