CN101829824B - 精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法。其中复合加热钎焊方法的步骤是：准备被焊工件；装卡被焊工件；实施钎焊，获得钎焊接头。超声振子对被焊工件施加压力，在电阻热和铅垂方向高频超声振子振动联合作用下，钎料片熔化并润湿铺展待焊表面，超声空化作用使熔融钎料内部以及钎料与待焊表面之间界面上的气孔去除，同时形成钎焊接头。本发明的电阻热与超声振动的复合钎焊可以明显提高电阻钎焊接头钎料的润湿铺展效果，大幅减少钎焊接头气孔，提高钎焊接头的机械可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及到仪器仪表与汽车电气装备中，连接器、耐用开关、高灵敏传感器、高弹性接点、高强弹簧等精密部件的钎焊制造方法，具体是指精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法。
背景技术
在通讯、医疗、航空与汽车等领域的仪器仪表与电气装备相关零部件的制造过程中，经常应用特种材料或功能材料构成的零部件。这些材料一般是由特定的温度条件下通过特殊处理制备而成，所以利用这些材料制造相关零部件时，对其加工温度及加工时间要求严格控制。例如，铍铜材料，是通过淬火时效处理后(一般淬火温度约300～400℃，时间为90～120min)得到的特种材料，其应用在仪器仪表的弹片结构中需要硬钎焊加工，钎焊温度一般为400～700℃。为了最大限度地保证材料的特种性能，需要严格控制其加热温度且缩短加热时间，才能减少对材料的热输入、不破坏材料的原始组织。
目前，常用的硬钎焊加热技术主要有：(1)炉温加热；(2)盐浴加热。这两种方法属于整体加热技术，且加热时间较长，一般不适合特种材料的结构件钎焊。局部加热技术有：(1)火焰加热；(2)感应加热；(3)电弧加热。虽然比整体加热钎焊方法有利于控制对材料的能量输入区域，但是其输入能量斑点直径较大(一般为厘米级)，且不能精密控制。精密部件局部加热技术有：(1)激光加热；(2)电阻加热。这两种方法能实现局部精密热量输入，且热量输入斑点可以控制到毫米级。但是，由于快速加热和冷却的原因钎焊点润湿铺展效果不良，钎焊接头存在大量的气孔，降低接头的机械性能。
因此，需要开发一种特种局部加热钎焊技术，即保证局部精密加热又能保证钎料的良好铺展，减少接头的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，该钎焊方法能够实现精密局部加热钎焊，而且明显提高电阻钎焊接头钎料的润湿铺展效果，大幅减少钎焊接头气孔，提高钎焊接头的机械可靠性。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，它包括如下步骤：
(1)在被焊母体工件表面预置钎料片或涂覆钎剂；
(2)将被焊母体工件放置于电阻热正负电极上，两电极并列排布；
(3)装卡被焊基体工件，使得被焊基体工件待焊表面位于钎料片或钎剂的正上方；
(4)启动超声振子压力装置，压紧被焊基体工件，使被焊基体工件与钎料片或钎剂紧密接触；
(5)启动电阻焊电源加热被焊母体工件，触发超声振子沿铅垂方向振动，进行被焊基体工件和被焊母体工件的钎焊；
(6)钎焊结束，取出工件。
本发明的复合加热钎焊方法通过超声振子对被焊工件施加压力，在电阻热和铅垂方向高频超声振子振动联合作用下，钎料片熔化并润湿铺展待焊表面，超声空化作用使熔融钎料内部以及钎料与待焊表面之间界面上的气孔去除，同时形成钎焊接头。
本发明中：所述步骤(5)中电阻焊电源加热和超声振子振动可以同时进行；也可以先启动电阻焊电源加热，延迟0.1～1s后再启动超声振子振动；也可以先启动超声振子振动，延迟0.1～1s后再启动电阻焊电源加热。
本发明中：所述钎料片的厚度为1mm～5mm。
本发明可以作如下改进：在上述步骤(3)和步骤(4)之间增设在被焊基体工件待焊表面涂覆钎剂。
本发明中：所述超声振子的设定电流为1～3A，振动频率为20～100kHz，超声功率30～300W，焊接压力1～10Mpa，振动时间0.2～10s；其中，最佳振动频率为30kHz，振动时间为2s。
与现有技术相比，本发明的复合加热钎焊方法在电阻加热电源的参数设定下精密控制对被焊工件的加热温度，保证钎料合金刚刚熔化。在此加热过程中由于钎剂的辅助作用，钎料合金开始润湿铺展，但是由于工件表面的状态和加热温度不充分的原因，一般钎料的润湿铺展效果不理想且接头处残留气孔。此时，钎焊接头处施加超声波振动，在超声空化作用下接头处气孔被压溃并被挤出钎焊接头，同时超声振动能促进钎料的润湿铺展，从而在较低温、较短时间内形成高质量的钎焊连接接头。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明钎焊方法的工作原理示意图；
图2为焊后接头的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1至图2所示，精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，它包括如下步骤：
(1)在被焊母体工件2表面预置钎料片3，钎料片3材质为Ag30CuZn，钎料片3的厚度为3mm；
(2)将被焊母体工件2放置于电阻热正负电极1a、1b上，两电极并列排布，正负电极1a、1b之间留有留有0.1mm间隙；
(3)装卡被焊基体工件4，调节卡具5，使得被焊基体工件4待焊表面位于钎料片3的正上方；
(4)启动超声振子压力装置，启动调节超声振子6高度，压紧被焊基体工件4，使被焊基体工件4与钎料片3紧密接触；
(5)启动电阻焊电源加热被焊母体工件2，此时通过电子触发器同步触发超声振子6沿铅垂方向振动，进行被焊基体工件4和被焊母体工件2的钎焊，超声振子6的设定电流为1A，振动频率为30kHz，超声功率50W，焊接压力5Mpa，振动时间2s。
(6)钎焊结束，获得钎焊接头，取出工件。
本实施例中同步启动电阻焊加热电源和超声振子，超声振子在气缸的推动下以焊接压力压紧钎料，电阻热和超声振动联合作用使钎料片熔化完成被焊基体工件与被焊母体工件的连接，获得较高强度的钎焊接头，同时钎焊温度刚刚达到钎料熔点以上、特种性能下降50％的母材热影响区域极窄，并且微观组织变化不大。
本实施例中的钎料片的厚度也可以在1mm～5mm之间取值。
本实施例也可以在被焊母体工件表面涂覆钎剂，替代钎料片，被焊母体工件可以采用WC硬质合金。
本实施例中的超声振子的振动参数可以在如下范围内取值：设定电流1～3A，振动频率为20～100kHz，超声功率30～300W，焊接压力1～10Mpa，振动时间0.2～10s。
本实施例中的精密部件指的是仪器仪表与汽车电气装备中，连接器、耐用开关、高灵敏传感器、高弹性接点、高强弹簧等精密部件，上述部件均适用于本发明的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法。
本发明的电阻热与超声振动的复合钎焊不仅实现精密局部加热钎焊，避免钎焊结构经历较高温度和较长时间的连接过程，最大限度地保持被焊接材料的特种性能并保证钎料的良好铺展减少接头的缺陷，而且明显提高电阻钎焊接头钎料的润湿铺展效果，大幅减少钎焊接头气孔，提高钎焊接头的机械可靠性
实施例二
将实施例一中的Ag30CuZn钎料片改为Ag45CuZnCd钎料片，其余均和实施例一相同。
实施例三
将实施例一或实施例二中的钎料片堆焊在被焊母体工件的待焊表面，其余不变。
实施例四
将在实施例一、二、三的步骤(5)中先启动电阻焊电源加热，延迟0.1～1s后再启动超声振子振动，其余步骤相同。
实施例五
在实施例一、二、三的步骤(5)中先启动超声振子振动，延迟0.1～1s后再启动电阻焊电源加热，其余步骤相同。
实施例六
在实施例一、二、三、四、五中，在步骤(3)和步骤(4)之间增设在被焊基体工件待焊表面涂覆钎剂，其余步骤相同。
以上所述，仅是本发明电阻热与超声振动复合加热钎焊方法的较佳实施例而己，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，它包括如下步骤：
(1)在被焊母体工件表面预置钎料片或涂覆钎剂；
(2)将被焊母体工件放置于电阻热正负电极上，两电极并列排布；
(3)装卡被焊基体工件，使得被焊基体工件待焊表面位于钎料片或钎剂的正上方；
(4)启动超声振子压力装置，压紧被焊基体工件，使被焊基体工件与钎料片或钎剂紧密接触；
(5)启动电阻焊电源加热被焊母体工件，触发超声振子沿铅垂方向振动，进行被焊基体工件和被焊母体工件的钎焊；
(6)钎焊结束，取出工件。
2.根据权利要求1所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述步骤(5)中电阻焊电源加热和超声振子振动同时进行。
3.根据权利要求1所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述步骤(5)中先启动电阻焊电源加热，延迟0.1～1s后再启动超声振子振动。
4.根据权利要求1所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述步骤(5)中先启动超声振子振动，延迟0.1～1s后再启动电阻焊电源加热。
5.根据权利要求1所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述钎料片的厚度为1mm～5mm。
6.根据权利要求1所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：在上述步骤(3)和步骤(4)之间增设在被焊基体工件待焊表面涂覆钎剂。
7.根据权利要求1至6任一项所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述超声振子的设定电流为1～3A，振动频率为20～100kHz，超声功率30～300W，焊接压力1～10Mpa，振动时间0.2～10s。
8.根据权利要求7所述的精密部件的电阻热与超声振动复合加热钎焊方法，其特征在于：所述的振动频率为30kHz，振动时间为2s。
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