[發(fā)明專利]一種超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011125359.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112462027A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉福興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/207
• 分類號(hào): G01N33/207;G01N21/84;G01N1/28;G01N1/34;B23K20/10;B23P15/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

本發(fā)明涉及一種超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤方法。該示蹤方法將一定厚度金屬箔疊加在一起，然后放置在超聲波設(shè)備的下聲極與上聲極之間進(jìn)行超聲波焊接，通過觀察各層金屬箔之間的相對(duì)位置、變形、隆起以及斷裂等情況，以此顯示超聲波焊接過程中金屬的塑性流動(dòng)方向，達(dá)到金屬塑性流動(dòng)的示蹤目的。本發(fā)明可以示蹤大范圍、立體空間的整個(gè)焊接接頭的金屬塑性流動(dòng)狀態(tài)，又具有操作簡(jiǎn)單、快捷、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波焊接領(lǐng)域，具體是一種超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤方法。該示蹤方法將一定厚度金屬箔疊加在一起，然后放置在超聲波設(shè)備的下聲極與上聲極之間進(jìn)行超聲波焊接，通過觀察各層金屬箔之間的相對(duì)位置、變形、隆起以及斷裂等情況，以此顯示超聲波焊接過程中金屬的塑性流動(dòng)方向，達(dá)到金屬塑性流動(dòng)的示蹤目的。

背景技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車普及以及汽車技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)電池單元中多層疊層、高反射性和導(dǎo)電性材料的連接提出了新的要求。相較于傳統(tǒng)的熔焊技術(shù)，超聲波焊接由于消除了諸如金屬間化合物(IMC)、脆性相和熔合區(qū)液相反應(yīng)中的氣孔等冶金缺陷，其研究和工業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，研究超聲波焊接方法的焊接機(jī)理對(duì)于促進(jìn)和拓展超聲波焊接方法的工業(yè)應(yīng)用具有重要的意義，其中探究超聲波焊接過程中金屬的塑性流動(dòng)方向是闡明超聲波焊接的焊接機(jī)理的主要技術(shù)方法。目前對(duì)于焊接過程中材料流動(dòng)常用的示蹤方法是顆粒嵌入技術(shù)。其主要原理是在工件的特定位置鉆小孔，然后在孔中嵌入某種與工件化學(xué)成分不同的粉末作為示蹤顆粒，焊接過程中示蹤顆粒隨著焊接金屬的流動(dòng)而相伴移動(dòng)，并在焊縫中重新分布，焊接后再對(duì)特定位置示蹤顆粒的終態(tài)分布變化進(jìn)行分析，從而間接推斷出塑性金屬的流動(dòng)規(guī)律(如圖1所示)。

比如，彭進(jìn)等人通過SiC顆粒示蹤法獲得了焊絲填充對(duì)熔池表面流動(dòng)的影響規(guī)律，分析了不同的焊接工藝、焊絲填送模式和送絲角度對(duì)熔池表面波動(dòng)行為及焊縫成形的影響(激光填絲焊對(duì)熔池動(dòng)態(tài)行為及焊縫成形的影響，中國(guó)激光，2017年第11期，第66-73頁(yè))。

比如，發(fā)明專利《利用示蹤粒子追蹤電磁脈沖焊接金屬射流的方法》(CN110666331 A)采用在鋁板待焊接面上打盲孔，加入氧化鋯粉末作為示蹤粒子，碰撞后氧化鋯跟隨金屬表面射流，利用其在界面分布范圍表征金屬射流分布。氧化鋯的熔點(diǎn)高，從而避免金屬射流運(yùn)動(dòng)過程中受到其它因素的干擾，借助界面中氧化鋯的分布可有效地表達(dá)金屬射流分布。

然而，傳統(tǒng)的示蹤方法通過粉末加入到金屬板內(nèi)部，其具有工序繁瑣、示蹤區(qū)域窄、添加的粉末顆粒干擾金屬的塑性流動(dòng)等缺點(diǎn)。

本發(fā)明將一定厚度金屬箔疊加在一起，并將上、下表面壓平整，然后放置在超聲波設(shè)備的下聲極與上聲極之間進(jìn)行超聲波焊接，通過觀察各層金屬箔之間的相對(duì)位置、變形、隆起以及斷裂等情況，以此顯示超聲波焊接過程中金屬的塑性流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤方法。采用光學(xué)顯微鏡觀察金屬箔焊接接頭的橫截面上各層金屬箔之間的相對(duì)位置、變形、隆起以及斷裂等情況，以此顯示超聲波焊接過程中金屬的塑性流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)超聲波焊接過程中金屬塑性流動(dòng)的示蹤。本發(fā)明直接對(duì)超聲波焊接接頭進(jìn)行觀察，不需要額外添加示蹤材料，從而避免了外加示蹤材料造成的焊接過程金屬塑性流動(dòng)的干擾；同時(shí)，焊接接頭由多層金屬箔組成，可以示蹤大范圍、立體空間的整個(gè)焊接接頭的金屬塑性流動(dòng)狀態(tài)；又具有操作簡(jiǎn)單、快捷、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)將一定厚度金屬銅箔疊加在一起，并將上、下表面壓平整；

(2)將金屬箔疊層放置在超聲波設(shè)備的下聲極與上聲極之間，進(jìn)行超聲波焊接，獲得超聲波焊接接頭；

(3)將焊接接頭經(jīng)過切割、磨拋得到光亮的橫截面；