CN100493795C - 超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法 - Google Patents
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Abstract
超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，本发明涉及一种焊接方法。本发明是为了解决现有的焊接非连续增强铝基复合材料的方法存在焊接后形成的接头处不带有增强相的问题，而提出超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法。超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法通过以下步骤实现：一、填充钎料；二、初步钎焊；三、超声波振动处理，即实现声钎焊铝基复合材料焊缝复合化。用本发明中的方法获得焊接接头的力学性能和热膨胀性能都得到很大的改善，热膨胀系数获得降低，焊缝强度接近母材的强度水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法。
背景技术
铝基复合材料是新型材料中最有发展前景的材料之一。由于其高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、导电导热性能好、热膨胀系数小等优点，在航空、航天、船舶、汽车制造业等领域有着广泛的应用前景。非连续增强铝基复合材料具有制造方法简单，各向同性，可进行二次加工等特点，被认为是一种很有发展前途的复合材料。但当这种复合材料被加工成构件以后，并应用到实际生活、生产中时，就涉及到连接问题。现有焊接非连续增强铝基复合材料的方法有熔焊、扩散焊、钎焊等方法。但现有的焊接非连续增强铝基复合材料的方法存在焊接后形成的接头处不带有增强相的问题，导致焊接件的整体质量的下降。
发明内容
本发明是为了解决现有的焊接非连续增强铝基复合材料的方法存在焊接后形成的接头处不带有增强相的问题，而提出超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法。超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径2000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为380～450℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为450～550℃并保持1～60分钟，然后对焊接接头施加10～200N的压力，在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm条件对焊接接头施加超声波振动0.1～60s，即实现超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化。本发明中焊接近缝区的母材被合金钎料溶解，采用多次超声振动搅拌下，增强体与液化基体合金以及钎料合金混合形成新的复合材料，实现焊缝区为含有增强相的复合材料结构。而且此种方法可采用温度较低的Zn-Al合金作为填充金属，实现较低温度下的钎焊，而通过此种方法连接得到的这种复合接头不但微观结构与母材很接近，而且其基体合金成分大幅变化，Zn元素的含量大幅下降，而Al元素的含量大幅上升，焊缝基体的熔点能得到提高，实现较高温度环境下工作的高质量接头，同时焊接接头的力学性能和热膨胀性能都得到很大的改善，热膨胀系数获得降低，焊缝强度接近母材的强度水平。同时由于接头中的Zn元素的含量大幅降低，接头的耐腐蚀性得到提高。而本方法是在大气条件下无钎剂的钎焊方法，所以此焊接方法获得接头变形量小，操作方便、易于实现自动化焊接，相对较低的焊接温度就使得焊接过程更加节能降耗，而不采用钎剂的方法是一种“绿色”无焊后污染和腐蚀的方法。用本发明中的方法进行铝合金钎焊时无钎剂，所以对工件无任何腐蚀作用，本发明中的方法焊接周期短，比现有方法减少了30％～60％，操作成本低，比其它方法降低了20％～45％，利用本发明中的方法进行焊接后，焊接接头强度显著提高，可达到母材的强度，比现有钎焊方法产生的接头强度提高了30％～50％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径2000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为380～450℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为450～550℃并保持1～60分钟，然后对焊接接头施加10～200N的压力，在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm条件对焊接接头施加超声波振动0.1～60s，即实现采用合金钎料进行超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化。
本实施方式中尤其适用于对基体为铝或铝合金，增强相为Al2O3颗粒、SiC颗粒、SiC晶须或Al18B4O33晶须，增强相为复合材料总体积百分含量的5％～70％的颗粒增强铝基复合材料或晶须增强铝基复合材料的工件进行钎焊。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中中钎料为Zn的质量百分含量为50％～99.99％的Zn-Al合金或纯锌中的一种。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成100～400μm的薄片或做成直径1000～4500μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成200～300μm的薄片或做成直径2000～4000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将将钎料做成300μm的薄片或做成直径3000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成100μm的薄片或做成直径2500μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成200μm的薄片或做成直径2000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm、钎焊温度为400～440℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.5～30s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20～30kHz、振幅为10～30μm、钎焊温度为410～430℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊1～10s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20kHz、振幅为20μm、钎焊温度为420℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊3s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为460～540℃并保持3～30分钟，然后对焊接接头施加50～100N的压力。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为470～520℃并保持5～10分钟，然后对焊接接头施加65～80N的压力。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为500℃并保持5分钟，然后对焊接接头施加70N的压力。其它步骤与具体实施方式一相同。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20k～50kHz、振幅为5～45μm条件对焊接接头进行超声波振荡0.5～30s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20～30kHz、振幅为10～35μm条件对焊接接头进行超声波振荡1～10s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20kHz、振幅为20μm条件对焊接接头进行超声波振荡3s。其它步骤与具体实施方式一相同。
Claims (10)
1、超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径2000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为380～450℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为450～550℃并保持1～60分钟，然后对焊接接头施加10～200N的压力，在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm条件对焊接接头施加超声波振动0.1～60s，即实现超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化。
2、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤一中钎料为Zn的质量百分含量为50％～99.99％的Zn-Al合金或纯锌中的一种。
3、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤一中将钎料做成100～400μm的薄片或做成直径2500～4500μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。
4、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤一中将钎料做成200～300μm的薄片或做成直径2000～4000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。
5、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤一中将钎料做成300μm的薄片或做成直径3000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。
6、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm、钎焊温度为400～440℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.5～30s。
7、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20～30kHz、振幅为10～30μm、钎焊温度为410～430℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊1～10s。
8、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20kHz、振幅为20μm、钎焊温度为420℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊3s。
9、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为460～540℃并保持5～30分钟，然后对焊接接头施加50～100N的压力。
10、根据权利要求1所述的超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法，其特征在于步骤三中在对焊接接头施加压力的同时以超声波频率为20～50kHz、振幅为5～45μm条件对焊接接头进行超声波振动0.5～30s。
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