[發明專利]異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法

在審

• 申請號: 202110321924.1
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112872528A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 谷曉燕;高維
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K1/20
• 分類號: B23K1/20;B23K1/06
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）焊前預處理：

中間層預處理：使用1000#砂紙將鋅中間層的表面打磨至光亮，再將表面光亮的鋅中間層置于丙酮中，再在超聲功率為100W~120W的超聲波清洗儀中清洗5min~10min，溫度為20~25℃，取出吹風機吹干，確保待焊區域無金屬氧化膜、油污及水分，得到處理后的中間層；

母材預處理：依次使用240#、600#、800#和1000#砂紙將鎂合金和鋁合金的表面打磨至光亮，再將表面光亮的鎂合金和鋁合金置于丙酮中，再在超聲功率為100W~120W的超聲波清洗儀中清洗10min~15min，溫度為20~25℃，取出吹風機吹干，確保待焊區域無金屬氧化膜、油污及水分，得到處理后的鎂合金和鋁合金；

（2）接頭形式：

試驗采用“鎂上鋁下”的形式進行裝配焊接，搭接量為20mm，焊接過程中將鋅中間層置于兩待連接件之間，按鋁合金、鋅箔、鎂合金的順序自下而上依次疊放裝配形成工件，界面不留空隙，得到裝配件；

（3）焊接工藝：

將裝配件置于超聲波焊機的下聲級上，保持工件與下聲級完全貼合，調整焊接工位，而上聲級則在超聲波轉換器的作用下由上至下壓向工件，從而實現鎂鋁異種合金的連接；采用“單一變量法”，通過優化焊接工藝參數及焊接熱輸入量，促進Mg/Zn箔/Al界面的冶金反應，限制金屬間化合物層的厚度，防止氣孔、裂紋等焊接缺陷，提高接頭的力學性能和焊接質量，其工藝參數為：焊接能量0～9999J，焊接振幅60%～100%，焊接靜壓力0～0.65MPa；

經過以上步驟，實現鎂合金與鋁合金的超聲波焊接，得到Mg/Zn箔/Al的焊接件。

2.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：所述的鎂合金為AZ31B鎂合金，厚度為1mm，工件尺寸為25mm×25mm，化學成分為Mn：0.2~0.5；Zn：0.5~1.5；Al：2.5~3.5；Si：≤0.1；Cu：≤0.05；Fe：≤0.005；Ni：≤0.005； Mg：余量。

3.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：所述的鋁合金為6082-T6鋁合金，厚度為1mm，工件尺寸為25mm×25mm，化學成分為Si：0.7~1.3；Mn：0.4~1.0；Cu：0.1；Fe：0.5；Zn：0.2；Ti：0.1；Cr：0.25； Mg：0.6~1.2；Al：余量。

4.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：所述的中間層鋅箔純度為99.9%，厚度為30μm，鋅箔尺寸為20mm×25mm。

5.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：采用Viper-20超聲波金屬焊機設備進行焊接，額定功率為3000W，工作頻率為20.11KHz，電源電壓200～240V，超聲振幅10μm，壓縮氣體最大壓力90psi，焊接時間0.005～9.999s，焊機焊頭和底模為尖齒狀，焊頭高度為1.2mm，焊頭面積為5.2 mm×7.8 mm，焊頭最大行程15mm。

6.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：焊接能量分別選取200J、500J、800J、1100J、1400J、1700J、2000J、2500J；焊接振幅分別選取65%、75%、85%、95%；焊接靜壓力分別選取0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa。

7.根據權利要求1所述的異種金屬超聲波輔助共晶反應釬焊方法，其特征在于：焊接接頭反應層中包含Mg-Zn反應層與Zn-Al反應層及殘余Zn中間層；殘余Zn中間層的存在阻止了Mg、Al元素的混合及相互擴散，從而避免形成脆性Mg-Al金屬間化合物。