CN102248275A - 块体非晶合金材料超声波焊接方法 - Google Patents

块体非晶合金材料超声波焊接方法 Download PDF

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朱政强
刘勇
王小龙
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Nanchang University
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Abstract

一种块体非晶合金材料超声波焊接方法，其方法步骤为：（1）截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片；（2）对非晶合金薄片表面进行焊接预处理；（3）调整超声波金属焊接设备参数及焊接平面；（4）超声波焊接非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片。本发明的优点是：（1）实现了薄片非晶合金材料的焊接，大大拓展了非晶合金材料的应用空间；（2）薄片非晶合金材料的超声波焊接是一种固态连接技术，不受冶金焊接性的约束，没有气、液相污染等特点，焊接接头强度高且稳定性好。

Description

块体非晶合金材料超声波焊接方法
技术领域
 本发明涉及一种超声波焊接方法，尤其涉及一种块体非晶合金材料超声波焊接方法。
背景技术
非晶态合金是相对于晶态合金而言，它是物质的另一种结构状态，它的结构在原子尺度上不同于晶体材料，而是类似于液态金属。原子排列表现为长程无序、短程有序或是在宏观上无序，没有固定的熔点，没有位错、晶界等晶体材料中常见的点阵缺陷。正是由于非晶合金的这种独特结构而在许多方面表现出优异的性能，比如力学性能、耐腐蚀性能、磁性能等。非晶独特的性能使得它在工程实践中获得了广泛的应用。如利用Zr-基合金高强度、高韧性的特点开发的高尔夫球杆；利用非晶合金不存在加工硬化效应，美国将大块非晶合金及其复合材料应用于长枪动能穿甲弹，以替代对环境有较大污染的贫铀弹；利用大块非晶合金在过冷液相区的粘滞流动行为开发的超塑性精密成形技术，制备大块非晶合金微型齿轮；利用大块非晶合金的耐腐蚀性能开发应用于工作环境恶劣的燃料电池隔板和飞行器导向翼导轨的护套等场合。目前大块非晶合金已经在军事、医药和航天等领域成功获得应用，随着科技水平和制备技术的不断提到，大块非晶合金一定会在结构材料、功能材料、生物材料、工模具材料和特殊环境结构材料等的工程应用中获得应用。
目前限制非晶合金实际应用的主要因素是非晶合金的三维尺度。尽管近年来研发了一系列大块非晶合金体系，但还是不能达到实际工程应用的要求。当前主要有两种方法来解决非晶合金尺寸问题：一种方法是通过优化合金成分来制备更大尺寸的非晶合金，一般采用加入合金元素Be等，但Be是非环境友好元素；另一种方法就是采用焊接方法来实现一些相同或不同的非晶合金的连接以及非晶合金和晶态合金的连接，从而扩大非晶合金的尺寸和应用。本发明之所以采用超声波焊接方法制备块体非晶合金，是因为超声波焊接不同于传统焊接方法，其焊接速度快、能耗低、可实现不同材料连接、加工温度低。另外超声波焊接是一种固态连接技术，不受冶金焊接性的约束，没有气、液相污染等特点，焊接接头强度高且稳定性好。研究结果表明，超声波焊接可以制备块体的非晶合金，非晶试样没有发生晶化，仍保持非晶结构，连接处无气孔和裂纹等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种块体非晶合金材料超声波焊接方法，该方法扩大非晶合金的三维尺寸和应用。 
本发明是这样来实现的，方法步骤如下：
（1）截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片：截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8为50mm×2mm×0.5mm规格的几何形状；
（2）对非晶合金表面进行焊接预处理：用砂纸打磨非晶表面，去除表面的氧化膜等污染物，然后用酒精擦拭非晶合金；
（3）调整超声波金属焊接设备参数：采用超声波焊接参数为：
工作频率：         20KHZ±0.3KHZ
最大输出功率：     4000W
焊接时间：         0.025s—0.2s
电源电压：         AC380V±10%
焊接电流：         12A    
振动振幅：         35μm
焊极表面：         9mm×9mm或4mm×4mm(表面粗糙度不同)
焊接压力：         0—180Mpa
（4）超声波焊接非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片。
所述超声波金属焊接参数的选择，
参数选择为：
工作频率：         20KHZ±0.3KHZ
最大输出功率：     4000W
焊接时间：         0.035s
电源电压：         AC380V±10%
焊接电流：         12A    
振动振幅：         35μm
焊极表面：         4mm×4mm
焊接压力：         155Mpa。
本发明的优点是：（1）制备了块体的非晶合金材料，大大拓展了非晶的应用空间；（2）非晶合金薄片的超声波焊接是一种固态连接技术，不受冶金焊接性的约束，没有气、液相污染等特点，焊接接头强度高且稳定性好。
具体实施方式
本发明的方法步骤如下：
（1）截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片：使用金属剪切设备截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8为50mm×2mm×0.5mm规格的几何形状。
（2）对非晶合金表面进行焊接预处理：为了获得更好的界面结合强度，用砂纸打磨非晶表面，去除表面的氧化膜等污染物，然后用酒精擦拭非晶合金表面。
（3）调整超声波金属焊接设备参数：采用超声波焊接参数为：
工作频率：         20KHZ±0.3KHZ
最大输出功率：     4000W
焊接时间：         0.035s
电源电压：         AC380V±10%
焊接电流：         12A    
振动振幅：         35μm
焊极表面：         4mm×4mm
焊接压力：         155Mpa
（4）超声波焊接非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片。

Claims (2)

1. 一种块体非晶合金材料超声波焊接方法，其特征是方法步骤如下：
（1）截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片：截取非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8为50mm×2mm×0.5mm规格的几何形状；
（2）对非晶合金表面进行焊接预处理：用砂纸打磨非晶表面，去除表面的氧化膜等污染物，然后用酒精擦拭非晶合金；
（3）调整超声波金属焊接设备参数：采用超声波焊接参数为：
工作频率：         20KHZ±0.3KHZ
最大输出功率：     4000W
焊接时间：         0.025s—0.2s
电源电压：         AC380V±10%
焊接电流：         12A    
振动振幅：         35μm
焊极表面：         9mm×9mm或4mm×4mm(表面粗糙度不同)
焊接压力：         0—180Mpa
（4）超声波焊接非晶合金Zr44Cu40Ag8Al8薄片。
2.根据权利要求1所述的块体非晶合金材料超声波焊接方法，其特征是超声波金属焊接参数的选择，
参数选择为：
工作频率：         20KHZ±0.3KHZ
最大输出功率：     4000W
焊接时间：         0.035s
电源电压：         AC380V±10%
焊接电流：         12A    
振动振幅：         35μm
焊极表面：         4mm×4mm
焊接压力：         155Mpa。
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