CN105014216B - 一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其工艺过程如下：（1）对铍青铜工件表面进行除氧化膜和脱脂处理，并对电极头进行清理；（2）安装调整上、下电极；（3）将中间层材料放置于铍青铜工件搭接区域内，并将已装配的待焊工件置于上、下电极之间；（4）优化焊接工艺参数，实现铍青铜之间的微电阻点焊连接，获得力学性能满足服役要求的铍青铜焊接件。本发明的优点为：（1）能够有效减少焊接过程中的裂纹、飞溅等焊接缺陷的产生，（2）预置中间层材料的加入，能够改变焊接过程中析热、散热条件，使点焊过程中接头熔核温度场分布更为均匀，未熔化的中间层还能够为熔池金属凝固提供结晶质点，可以起到细化晶粒，改善接头组织的作用。

Description

一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法。
背景技术
随着航空航天事业的迅猛发展，铍青铜也逐渐被应用在高精密领域中，例如接触弹片、拉杆天线触片、继电器、电连接器以及卫星轴向天线等，实际应用中，在满足高弹性、高强度等性能的前提下，又提出了对铍青铜元件“减小尺寸、减薄厚度、减轻重量”的要求，实现微纳米级铍青铜的广泛应用，成为了解决该问题的重要方向。材料发展史表明，任何一种材料的应用，都必须要有合适的连接技术作为支撑，由于铍青铜的高弹性、高硬度、小尺寸以及导电导热性能优良等特点，使得传统的焊接方法很难实现两者的有效连接。
微电阻点焊是一种微连接技术，它是通过工件及接触面间的电阻产热在试样结合面形成熔核的连接方法，其独有的工件间隙自适应能力以及电极端部的压力，可以使得薄板良好接触，是焊接铍青铜的理想连接方法。较常规电阻点焊而言，微电阻点焊对材料的表面状态更为敏感，尤其是焊接初期，工件间的接触电阻对接头性能有至关重要的影响。在铍青铜元件微电阻点焊过程中，由于铍青铜具有高弹性、高硬度，导致表面接触状态不稳定，引起在铍青铜的焊接过程中产生飞溅、裂纹以及点焊接头质量不稳定等问题。目前，解决此问题的方法有两个，一是增大电极压力，虽然增大电极压力会在一定程度上破碎铍青铜工件表面氧化膜，改善工件的接触状态，但是电极压力过大会直接导致焊后接头压痕较深，恶化了表面成形，减少了接头的承载面积，导致焊后接头质量不能满足实际应用对性能要求。二是改变铍青铜的热处理状态，对铍青铜元件进行固溶处理，是降低其高弹性和高硬度、改善工件的接触状态行之有效方法，但是，实际应用中一般是要求其具有高弹性，只有再对焊接件进行时效处理，才可以重新恢复其高弹性，增加了工艺的复杂性、延长了生产周期，降低了生产效率。因此，急需一种改善铍青铜元件微电阻点焊焊接初期工件接触状态，获得高质量点焊接头的方法。
发明内容
为了解决高弹性微元件铍青铜的微电阻点焊存在的上述问题，本发明一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，通过采用在铍青铜待焊工件搭接部位预置中间层，用以改变点焊过程初期铍青铜工件接触状态，获得较为稳定的接触电阻，能够有效控制焊接过程中的裂纹、飞溅等焊接缺陷的产生，另一发面，预置中间层材料的加入能够改变焊接过程中析热、散热条件以及焊接熔池金属的凝固方式。因此，本发明提供的方法可以提高铍青铜微电阻点焊接头的性能，获得质量稳定的点焊接头。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，按以下工艺步骤进行：
（1）焊前处理：对铍青铜工件表面进行除氧化膜和脱脂处理，并对点焊电极进行打磨清洗；
（2）电极安装：将前一步处理好的电极安装固定到电阻点焊机上，并调整上下电极的位置及方向；
（3）搭接定位：将选用的预置中间层材料放置于两工件搭接区域，而后将装配好的待焊工件定位于上、下电极之间；
（4）实施焊接：设定电极压力、焊接时间、焊接电流，使电流通过工件和搭接面，在工件内部形成熔池，经过冷却、凝固以后，两铍青铜工件在焊接部位实现冶金结合，完成焊接。
所述微元件铍青铜工件的厚度为0.05-0.5mm。
所述预置中间层材料能与铍青铜之间具有较大的固溶度或者无限互溶，预置中间层材料的硬度小于铍青铜材料的硬度，预置中间层材料的厚度范围0.01mm-0.1mm。
所述的上下电极的端面为圆形，其端面直径为1.0mm-3.2mm。
所述的上下电极安装时，两者的轴线应在同一直线上，保证上、下电极端面相互贴合。
所述的电极压力为20N-200N，焊接电流为0.5KA-5KA、焊接时间为1ms-10ms。
本发明的有益效果是，一方面，预置中间层材料加入改变点焊过程初期工件接触状态，获得较为稳定的接触电阻，能够有效减少焊接过程中的裂纹、飞溅等焊接缺陷的产生，另一发面，预置中间层材料的加入，能够改变焊接过程中析热、散热条件，使点焊过程中接头熔核温度场分布更为均匀，未熔化的中间层还能够为熔池金属凝固提供结晶质点，在一定程度上可以起到细化晶粒，改善接头组织的作用。因此本发明的方法可以使焊接过程更加稳定，减少焊接缺陷，提高接头的性能，改善焊接质量，能够实现铍青铜元件的有效焊接。
附图说明
图1为本发明的铍青铜元件微电阻点焊焊接过程示意图。
图2为本发明的实施例1中铍青铜微电阻点焊接头断口形貌图。
图中：1.上电极；12.上电极断面；2.下电极；22.下电极断面；3.预置中间层材料；4. 母材金属；5.熔核。
具体实施方式
本发明基于微电阻点焊焊接过程中的电、热、力三种物理因素耦合特点和铍青铜材料自身的焊接性，通过采用在铍青铜待焊工件搭接部位预置中间层，以控制点焊过程中工件接触状态、析热散热条件以及点焊接头冶金结合方式，获得力学性能优异的点焊接头，满足工程中实际应用的要求。结合附图通过实施例对本发明进行说明。
实施例1：一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，步骤如下：
（1）焊前处理：使用丙酮试剂对铍青铜元件进行脱脂处理，之后放于质量分数为30%的盐酸溶液中浸泡5分钟进行除氧化膜处理，并对上电极端部12和下电极端部使用砂纸进行打磨。
其中铍青铜元件的尺寸为0.2mm×5mm×20mm，上电极1、下电极2材料均为弥散强化铝铜合金。上电极端面12直径为2.7mm，下电极端面22直径为2.7mm。
（2）电极安装：将前一步处理好的电极安装固定到微电阻点焊机上，并调整上、下电极的位置及方向，使上、下电极的轴线相重合。其中焊接设备为逆变直流电阻焊机，其型号为：MDA-4000B。上下电极之间的间距为20mm。
（3）搭接定位：将选用的预置中间层材料3放置于两工件搭接区域，而后将装配好的待焊工件定位于上、下电极之间。其中，中间层材料3为纯镍，厚度为0.05mm。
（4）实施焊接：设定电极压力为110N、焊接时间为9ms、焊接电流5.0KA，使电流通过工件和搭接面，在工件内部形成熔池，经过冷却、凝固以后，形成熔核5，两铍青铜工件在焊接部位实现冶金结合，完成焊接。拉剪实验中点焊接头发生纽扣型断裂。
其他焊接压力、焊接时间同等条件下，本实例所得到的接头拉剪力达到了321N，相对于直接对铍青铜进行焊接所得到接头，接头拉剪力提高了24%，接头呈纽扣型断裂。
以上所揭露的仅为本发明的较优实施例，不能仅仅依据这来限定本发明之权利范围，因此依本发明专利申请范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于按以下工艺步骤进行：
（1）焊前处理：对铍青铜工件表面进行除氧化膜和脱脂处理，并对点焊电极进行打磨清洗；
（2）电极安装：将前一步处理好的电极安装固定到电阻点焊机上，并调整上下电极的位置及方向；
（3）搭接定位：将选用的预置中间层材料放置于两工件搭接区域，而后将装配好的待焊工件定位于上、下电极之间；所述预置中间层材料能与铍青铜之间具有较大的固溶度或者无限互溶；
（4）实施焊接：设定电极压力、焊接时间、焊接电流，使电流通过工件和搭接面，在工件内部形成熔池，经过冷却、凝固以后，两铍青铜工件在焊接部位实现冶金结合，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；所述铍青铜工件的厚度为0.05-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；所述预置中间层材料的硬度小于铍青铜材料的硬度。
4.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；预置中间层材料的厚度范围0.01mm-0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；所述的上下电极的端面为圆形，其端面直径为1.0mm-3.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；所述的上下电极安装时，两者的轴线应在同一直线上，保证上、下电极端面相互贴合。
7.根据权利要求1所述的一种改善超弹性铍青铜微电阻点焊初期接触状态的方法，其特征在于；所述的电极压力为20N-200N，焊接电流为0.5KA-5KA、焊接时间为1ms-10ms。
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