CN111571046B - 非晶合金超声辅助感应加热焊接设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，包括如下步骤：对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理；超声振动辅助焊接处理；通入惰性气体处理；非晶合金合成处理；惰性气体保护冷却处理。本发明提供的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法可以去除待焊接的非晶合金的待焊接表面存在的氧化膜等污染物，避免污染物阻碍待焊接的非晶合金的待焊接表面的接触和润湿，提高焊接质量和合成效率，避免待焊接的非晶合金氧化，特别是待焊接的非晶合金的待焊接表面的氧化，实现非晶合金较大平面的焊接，增大非晶合金的空间尺寸，而且合成出来的非晶合金具有较优良的力学性能。

Description

非晶合金超声辅助感应加热焊接设备及其方法

技术领域

本发明涉及非晶合金的焊接技术领域，尤其涉及一种非晶合金超声辅助感应加热焊接设备及其方法。

背景技术

上世纪60年代，美国科学家通过快速冷却工艺第一次制造出非晶合金，其后几十年发展出体系众多的非晶合金材料，如Zr、Mg、Ti、Fe和Cr基非晶合金等等。相较于很多传统金属材料，非晶合金具有更高的硬度、强度和断裂韧性，且容易成型，耐腐蚀。由于上述特点，非晶合金材料在工、农、医疗卫生和电子产品中具有广泛的应用前景，对于信息、国防和航空航天等高新技术的发展具有重要的支撑作用。

非晶合金虽具有优异的材料性能，但较小的材料制造临界尺寸严重的限制了加工成型技术的发展和大规模应用。体系众多的非晶合金中仅以金属Pd和含有Be元素的Zr基非晶合金体系的材料成型临界尺寸超过10mm，其他非晶合金体系的临界尺寸绝大多数低于5mm。为解决上述问题，重要的技术途径之一是通过焊接技术增大非晶合金尺寸，但目前对较大焊接平面的非晶合金的焊接存在较大焊接困难，焊接完成后的材料的质量得不到保证；同时，非晶合金待焊接表面存在的氧化物等污染物，阻碍待焊接表面的接触和润湿，使焊接完成的材料中形成物质梯度，影响材料的均质性，对焊接完成后的材料的性能造成不利影响。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种可以避免污染物阻碍待焊接的非晶合金的待焊接表面的接触和润湿、提高焊接质量和合成效率、以及实现非晶合金材料较大平面的焊接的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，还提供一种用于实现该非晶合金超声辅助感应加热焊接方法的非晶合金超声辅助感应加热焊接设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，包括如下步骤：

对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理：

先对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行光整处理，接着将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗，然后将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗；最后将待焊接的非晶合金置于氩气腔室中进行干燥处理；

超声振动辅助焊接处理：

将待焊接的非晶合金放置在加工平台上，然后将两个待焊接的非晶合金的待焊接表面上下完全重叠放置固定，并将超声辅助系统的超声振动头在加工平台上施加压力振动，以将超声波传导至待焊接的非晶合金；

通入惰性气体处理：

输气系统开启，先通入惰性气体，将炉体中的空气经气孔排出；然后控制通入惰性气体的流量，对上下重叠的两个待焊接的非晶合金产生向下的下压力；

非晶合金合成处理：

先通过电加热系统和炉体将上下重叠的两个待焊接的非晶合金加热至过冷液相区，接着通过超声辅助系统的超声振动头对待焊接非晶合金继续产生超声振动；然后惰性气体对待焊接的非晶合金继续产生向下的压力，上下重叠的两个待焊接的非晶合金焊接界面处相互摩擦进行冶金合成，形成焊接非晶合金成品，完成超声辅助感应加热焊接；

惰性气体保护冷却处理：

待上述步骤完成后，关闭超声辅助系统、电加热系统和炉体，保持惰性气体通入，随炉体冷却至室温，关闭输气系统，取出焊接非晶合金成品。

进一步地，在步骤通入惰性气体处理中，先通入惰性气体的时间为5～8min；然后控制通入惰性气体的流量为流量为200～300L/min。

进一步地，在步骤超声振动辅助焊接处理中，所述超声辅助系统的超声振动头在加工平台上施加压力0.1～0.2MPa。

进一步地，在步骤非晶合金合成处理中，超声辅助系统的功率控制在200～400W，超声波频率控制在10～25kHz。

进一步地，在非晶合金合成处理中，超声振动及感应加热处理的时间至少2h。

进一步地，所述惰性气体为氩气或氦气。

进一步地，在步骤对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理中，待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗的时间为5～10min；待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗的时间为5～10min。

进一步地，在步骤对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理中，待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗的时间为5min；待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗的时间为5min。

本发明还提供一种非晶合金超声辅助感应加热焊接设备，用于实现上述所述的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，所述非晶合金超声辅助感应加热焊接设备包括：

底座；

炉体，其设于所述底座上；

加工平台，其设于所述炉体上，用于放置待焊接的非晶合金；

电加热系统，其位于所述加工平台的上方；

输气系统，其位于所述加工平台的上方；

超声辅助系统，其设于所述加工平台上且位于所述电加热系统的一侧。

进一步地，所述电加热系统包括：

储气箱体，其与所述输气系统相连通且位于所述加工平台的上方；所述储气箱体具有一个储气腔；

电加热网，其位于所述储气腔的下端。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法采用光整处理和超声丙酮、乙醇清洗相结合的方法去除待焊接的非晶合金的待焊接表面存在的氧化膜等污染物，避免污染物阻碍待焊接的非晶合金的待焊接表面的接触和润湿，提高焊接质量，同时在氩气腔室中干燥非晶合金，减少空气附着。

2.本发明的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法采用对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理、超声振动辅助振动处理、通入惰性气体加压处理、加热处理以及惰性气体保护冷却处理相结合，提高合成效率，避免待焊接的非晶合金氧化，特别是待焊接的非晶合金的待焊接表面的氧化，实现非晶合金较大平面的焊接，增大非晶合金的空间尺寸，而且合成出来的非晶合金具有较优良的力学性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

图1是本发明的非晶合金超声辅助感应加热焊接设备的结构示意图。

图中包括：

底座1、炉体2、加工平台3、电加热系统4、储气箱体41、储气腔411、电加热网42、输气系统5、超声辅助系统6。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步描述。

如图1，一种非晶合金超声辅助感应加热焊接设备，用于实现上述所述的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，所述非晶合金超声辅助感应加热焊接设备包括底座1、炉体2、加工平台3、电加热系统4、输气系统5和超声辅助系统6。其中，炉体2设于所述底座1上；加工平台3设于所述炉体2上，用于放置待焊接的非晶合金；电加热系统4位于所述加工平台3的上方；输气系统5位于所述加工平台3的上方，用于输送惰性气体，该惰性气体为氩气或氦气；超声辅助系统6设于所述加工平台3上且位于所述电加热系统4的一侧，该超声辅助系统6具有超声振动头。

该非晶合金超声辅助感应加热焊接设备在合成非晶合金过程中，通过超声辅助系统6对待焊接的非晶合金超声振动辅助振动处理，输气系统5可以通入惰性气体对待焊接的非晶合金加压处理，电加热系统4和炉体2对待焊接的非晶合金加热处理，提高非晶合金的合成速率，以及输气系统5可以通入惰性气体对待焊接的非晶合金保护冷却处理，避免待焊接的非晶合金氧化，特别是待焊接的非晶合金的待焊接表面的氧化，实现非晶合金较大平面的焊接，增大非晶合金的空间尺寸，而且合成出来的非晶合金具有较优良的力学性能，而且该非晶合金超声辅助感应加热焊接设备合成非晶合金的效率高效。

所述电加热系统4包括储气箱体41和电加热网42。其中，储气箱体41与所述输气系统5相连通且位于所述加工平台3的上方；所述储气箱体41具有一个储气腔411；电加热网42位于所述储气腔411的下端。电加热网42上具有网孔，在电加热系统4和炉体2加热对待焊接的非晶合金进行加热处理的同时，输气系统5可以直接输入惰性气体进入储气箱体41，再从电加热网42的网孔直接对待焊接的非晶合金加压处理和对合成后的非晶合金保护冷却处理等，结构简单，避免工艺步骤处理繁琐，可以快速有效地避免待焊接的非晶合金氧化，提高非晶合金的合成速率。

本发明还提供一种非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，局部工艺步骤使用上述的非晶合金超声辅助感应加热焊接设备实现，该非晶合金超声辅助感应加热焊接方法包括如下步骤：

对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理：

先对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行光整处理，接着将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗，然后将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗；最后将待焊接的非晶合金置于氩气腔室中进行干燥处理；在步骤对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理中，待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗的时间为5～10min，优选为10min；待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗的时间为5～10min，优选为10min。该步骤采用光整处理和超声丙酮、乙醇清洗相结合的方法去除待焊接的非晶合金的待焊接表面存在的氧化膜等污染物，避免污染物阻碍待焊接的非晶合金的待焊接表面的接触和润湿，提高焊接质量，同时在氩气腔室中干燥非晶合金，减少空气附着。

超声振动辅助焊接处理：

将待焊接的非晶合金放置在加工平台3上，然后将两个待焊接的非晶合金的待焊接表面上下完全重叠放置固定，并将超声辅助系统6的超声振动头在加工平台3上施加压力振动，以将超声波传导至待焊接的非晶合金；，所述超声辅助系统6的超声振动头在加工平台3上施加压力0.1～0.2MPa。

通入惰性气体处理：

输气系统5开启，先通入惰性气体，将炉体2中的空气经气孔排出；然后控制通入惰性气体的流量，对上下重叠的两个待焊接的非晶合金产生向下的下压力；，在步骤通入惰性气体处理中，先通入惰性气体的时间为5～8min，优选为5min；然后控制通入惰性气体的流量为流量为200～300L/min，优选为300L/min。

非晶合金合成处理：

先通过电加热系统4和炉体2将上下重叠的两个待焊接的非晶合金加热至过冷液相区，接着通过超声辅助系统6的超声振动头对待焊接非晶合金继续产生超声振动；然后惰性气体对待焊接的非晶合金继续产生向下的压力，上下重叠的两个待焊接的非晶合金焊接界面处相互摩擦进行冶金合成，形成焊接非晶合金成品，完成超声辅助感应加热焊接；在步骤非晶合金合成处理中，超声辅助系统6的功率控制在200～400W，超声波频率控制在10～25kHz。超声振动及感应加热处理的时间至少2h。

惰性气体保护冷却处理：

待上述步骤完成后，关闭超声辅助系统6、电加热系统4和炉体2，保持惰性气体通入，随炉体2冷却至室温，关闭输气系统5，取出焊接非晶合金成品。

本发明的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法采用光整处理和超声丙酮、乙醇清洗相结合的方法去除待焊接的非晶合金的待焊接表面存在的氧化膜等污染物，避免污染物阻碍待焊接的非晶合金的待焊接表面的接触和润湿，提高焊接质量，同时在氩气腔室中干燥非晶合金，减少空气附着；同时，采用对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理、超声振动辅助振动处理、通入惰性气体加压处理、加热处理以及惰性气体保护冷却处理相结合，提高合成效率，避免待焊接的非晶合金氧化，特别是待焊接的非晶合金的待焊接表面的氧化，实现非晶合金较大平面的焊接，增大非晶合金的空间尺寸，而且合成出来的非晶合金具有较优良的力学性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理：

对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行光整处理，接着将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗，然后将待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗；最后将待焊接的非晶合金置于氩气腔室中进行干燥处理；

超声振动辅助焊接处理：

将待焊接的非晶合金放置在加工平台上，然后将两个待焊接的非晶合金的待焊接表面上下完全重叠放置固定，并将超声辅助系统的超声振动头在加工平台上施加压力振动，以将超声波传导至待焊接的非晶合金；

通入惰性气体处理：

输气系统开启，先通入惰性气体，将炉体中的空气经气孔排出；然后控制通入惰性气体的流量，对上下重叠的两个待焊接的非晶合金产生向下的下压力；

非晶合金合成处理：

先通过电加热系统和炉体将上下重叠的两个待焊接的非晶合金加热至过冷液相区，接着通过超声辅助系统的超声振动头对待焊接非晶合金继续产生超声振动；然后惰性气体对待焊接的非晶合金继续产生向下的压力，上下重叠的两个待焊接的非晶合金焊接界面处相互摩擦进行冶金合成，形成焊接非晶合金成品，完成超声辅助感应加热焊接；

惰性气体保护冷却处理：

待上述步骤完成后，关闭超声辅助系统、电加热系统和炉体，保持惰性气体通入，随炉体冷却至室温，关闭输气系统，取出焊接非晶合金成品；

在步骤超声振动辅助焊接处理中，所述超声辅助系统的超声振动头在加工平台上施加压力0.1～0.2MPa；

在步骤通入惰性气体处理中，先通入惰性气体的时间为5～8min；然后控制通入惰性气体的流量为流 量为200～300L/min；

在步骤非晶合金合成处理中，超声辅助系统的功率控制在200～400W，超声波频率控制在10～25kHz；

在非晶合金合成处理中，超声振动及感应加热处理的时间至少2h；

所述惰性气体为氩气或氦气；

在步骤对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理中，待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗的时间为5～10min；待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗的时间为5～10min。

2.根据权利要求1所述的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，其特征在于，在步骤对待焊接的非晶合金的待焊接表面进行清洁处理中，待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在丙酮中超声清洗的时间为5min；待焊接的非晶合金的待焊接表面放置在乙醇中超声清洗的时间为5min。

3.非晶合金超声辅助感应加热焊接设备，其特征在于，用于实现权利要求1至2任意一项所述的非晶合金超声辅助感应加热焊接方法，所述非晶合金超声辅助感应加热焊接设备包括：

底座；

炉体，其设于所述底座上；

加工平台，其设于所述炉体上，用于放置待焊接的非晶合金；

电加热系统，其位于所述加工平台的上方；

输气系统，其位于所述加工平台的上方；

超声辅助系统，其设于所述加工平台上且位于所述电加热系统的一侧；

所述电加热系统包括：

储气箱体，其与所述输气系统相连通且位于所述加工平台的上方；所述储气箱体具有一个储气腔；

电加热网，其位于所述储气腔的下端。

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