CN113909609A - 非晶合金钎焊方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请是关于一种非晶合金钎焊方法。通过将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，并保证两块非晶合金之间存在着一条均匀缝隙，然后通过感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区，之后用非晶合金搅拌针在均匀缝隙中进行搅拌，直至焊接头出现停止搅拌，完成非晶合金的钎焊。本方案将焊接区域加热并维持在过冷液相区，避免非晶合金的晶化，充分利用非晶合金的超塑性，降低钎焊难度；同时用与非晶合金同一材质非晶合金搅拌针进行钎焊，可以避免异质搅拌针磨损脱落的材料对焊接头的污染，且可以避免搅拌过程中非晶合金搅拌针热累积产生的高温对材料性能的影响，保证焊缝处材料性能的一致性，进而使得非晶合金拥有稳定的性能。
Description
技术领域
本申请涉及钎焊技术领域，尤其涉及一种非晶合金钎焊方法及装置。
背景技术
非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，组成它物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。非晶合金材料因其内部原子的无序排列，相较于常见的晶体金属材料在硬度、弹性模量等力学性能上更具优势。以Vit1非晶合金为例，其硬度达HV520，弹性模量达93GPa，远高于铝合金和不锈钢等材料。同时，简单组分的非晶合金为科学家探索非晶态物质的奥秘提供了理想的研究样本。
历经几十年的发展，科研人员先后通过改进非晶合金制备工艺，调配非晶合金元素组分，到当下结合计算机科学借助高通量的方法快速筛选性能优异的非晶合金组分，发展出众多非晶合金体系，但制备得到的非晶合金尺寸依然较小，仅Pd基和部分Zr基非晶合金的临界尺寸能超过10mm。为解决非晶合金尺寸较小的问题，弱化临界尺寸对非晶合金应用的限制，通过焊接再制造的方法增大非晶合金尺寸是一条可行技术途径。但现有的焊接方法因存在损失材料，焊接不完全等缺陷，导致焊接得到的大块非晶合金因焊接处的材料性能不一致而性能不稳定。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种非晶合金钎焊方法，该非晶合金钎焊方法，能够保证焊接处的材料性能的一致性，进而使得非晶合金拥有稳定的性能。
本申请第一方面提供一种非晶合金钎焊方法，包括：
将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，得到均匀缝隙，所述均匀缝隙为所述第一非晶合金和所述第二非晶合金之间的均匀间隙；
利用感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区，所述焊接区域为非晶合金靠近所述均匀缝隙的部分区域；
用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头，所述非晶合金搅拌针的材质与所述非晶合金的材质相同；
所述均匀缝隙的宽度小于所述非晶合金搅拌针的直径。
在一种实施方法中，所述将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定之前还包括：
打磨非晶合金的表面；
清洗所述非晶合金；
干燥所述非晶合金。
在一种实施方法中，所述清洗所述非晶合金包括：
将所述非晶合金依次放置在丙酮、乙醇和清水中进行超声波清洗。
在一种实施方法中，所述非晶合金放置在丙酮和乙醇中进行超声波清洗的时间为5min。
在一种实施方法中，所述干燥所述非晶合金包括：
将所述非晶合金放置在氩气腔室中进行干燥。
在一种实施方法中，所述用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌之前，还包括：
对所述非晶合金搅拌针的搅拌端进行加热，使其进入过冷液相区。
在一种实施方法中，所述用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头之后还包括：
从相交处切断所述非晶合金搅拌针，所述相交处为所述非晶合金搅拌针的常态区段与所述焊接头相交位置。
在一种实施方法中，所述从相交处切断所述非晶合金搅拌针之后，还包括：
对所述焊接头进行铣削，使得所述焊接头与所述非晶合金平齐。
本申请第二方面提供一种非晶合金钎焊装置，包括：
电机、非晶合金搅拌针、固定夹具、载物台、工作台和感应加热系统；
所述感应加热系统连接所述工作台，并对非晶合金的焊接区域进行加热；
所述工作台上设置有两个用于承载所述非晶合金的所述载物台，所述载物台之间设置有搅拌缝隙；
所述载物台边缘设置有用于固定所述非晶合金的固定夹具；
所述电机连接所述非晶合金搅拌针，并带动所述非晶合金搅拌针在所述搅拌缝隙中进行搅拌。
在一种实施方法中，所述搅拌缝隙的宽度大于均匀缝隙的宽度，所述均匀缝隙为非晶合金之间的均匀间隙。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本方案通过将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，并保证两块非晶合金之间存在着一条均匀缝隙，然后通过感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区，之后用非晶合金搅拌针在均匀缝隙中进行搅拌，直至焊接头出现停止搅拌，完成非晶合金的钎焊。本方案将焊接区域加热并维持在过冷液相区，避免非晶合金的晶化，充分利用非晶合金的超塑性，降低钎焊难度；同时用与非晶合金同一材质非晶合金搅拌针进行钎焊，可以避免异质搅拌针磨损脱落的材料对焊接头的污染，且可以避免搅拌过程中非晶合金搅拌针热累积产生的高温对材料性能的影响，保证焊缝处材料性能的一致性，进而使得非晶合金拥有稳定的性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本申请实施例示出的非晶合金钎焊方法的流程示意图；
图2是本申请实施例示出的非晶合金钎焊方法的另一流程示意图；
图3是本申请实施例示出的非晶合金钎焊装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现有的非晶合金焊接方法因存在损失材料，焊接不完全等缺陷，导致焊接得到的大块非晶合金因焊接处的材料性能不一致而性能不稳定。
针对上述问题，本申请实施例提供一种非晶合金钎焊方法，能够保证焊接处的材料性能的一致性，进而使得非晶合金拥有稳定的性能。
以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。
实施例一
图1是本申请实施例示出的非晶合金钎焊方法的流程示意图。
参见图1，该非晶合金钎焊方法具体包括：
101.将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，得到均匀缝隙；
所述均匀缝隙为所述第一非晶合金和所述第二非晶合金之间的均匀间隙。
第一非晶合金和第二非晶合金即两块待焊接的非晶合金。
在本申请实施例中，以焊接两块同尺寸的长方体形状的非晶合金为例进行说明，将两个长方体上的用于焊接的两个平面隔空对齐，使得第一非晶合金和第二非晶合金之间保留一条间隙，间隙的宽度处处相等，即均匀缝隙，隔空对齐之后将非晶合金进行固定，确保非晶合金不发生位移，均匀缝隙稳定存在。应当说明的是，待焊接的非晶合金的形状不局限于长方体，只要两块非晶合金隔空对齐后，能形成均匀缝隙即可。
102.利用感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区；
所述焊接区域为非晶合金靠近所述均匀缝隙的部分区域。
感应加热是指将工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(300-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。
在本实施例中，将非晶合金固定后，通过感应加热系统将焊接区域内的非晶合金加热至过冷液相区，并控制温度维持在非晶合金过冷液相区内，避免非晶合金的晶化。
103.用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头；
所述非晶合金搅拌针的材质与所述非晶合金的材质相同。
非晶合金搅拌针为圆柱结构，其直径大于均匀缝隙的宽度，其材质为待焊接的非晶合金。
在本申请实施例中，将焊接区域加热至过冷热相区后，将非晶合金搅拌针插入均匀缝隙，并进行搅拌，待非晶合金和非晶合金搅拌针形成焊接头后停止搅拌。
本方案通过将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，并保证两块非晶合金之间存在着一条均匀缝隙，然后通过感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区，之后用非晶合金搅拌针在均匀缝隙中进行搅拌，直至焊接头出现停止搅拌，完成非晶合金的钎焊。本方案将焊接区域加热并维持在过冷液相区，避免非晶合金的晶化，充分利用非晶合金的超塑性，降低钎焊难度；同时用与非晶合金同一材质非晶合金搅拌针进行钎焊，可以避免异质搅拌针磨损脱落的材料对焊接头的污染，且可以避免搅拌过程中非晶合金搅拌针热累积产生的高温对材料性能的影响，保证焊缝处材料性能的一致性，进而使得非晶合金拥有稳定的性能。
实施例二
本实施例提供一种非晶合金钎焊方法，与上一实施例相比，本实施例进一步对该方法进行优化和完善，如图2所示，该非晶合金钎焊方法具体包括：
201.对非晶合金的表面进行清洁处理；
清洁处理具体包括：打磨非晶合金的表面、清洗所述非晶合金和干燥所述非晶合金。
所述清洗所述非晶合金包括：将所述非晶合金依次放置在丙酮、乙醇和清水中进行超声波清洗。
所述非晶合金放置在丙酮和乙醇中进行超声波清洗的时间为5min。
所述干燥所述非晶合金包括将所述非晶合金放置在氩气腔室中进行干燥。
在本申请实施例中，先用砂纸将非晶合金表面氧化物等污染物打磨掉；随后将非晶合金放置在丙酮中用超声波清洗5min、然后再放置到乙醇中用超声波清洗5min最后放置到清水中用超声波进行清洗；最后将非晶合金材料置于氩气腔室中进行干燥处理。
202.将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，得到均匀缝隙；
该步骤的内容与实施例一中步骤101的内容相似，此处不作赘述。
203.利用感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区；
该步骤的内容与实施例一中步骤101的内容相似，此处不作赘述。
204.对所述非晶合金搅拌针的搅拌端进行加热，使其进入过冷液相区；
因为非晶合金搅拌针作为均匀缝隙的填充材料，为了使其能与焊接区域内的非晶合金结合，所以焊接时应该与焊接区域的非晶合金处于同一种状态，所以对非晶合金搅拌针进行预加热，让其用于搅拌的那一端进入过冷液相区，然后再插入均匀缝隙中进行搅拌。
具体地，均匀缝隙的宽度比非晶合金搅拌针的直径小1MM左右。
205.用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头；
该步骤的内容与实施例一中步骤101的内容相似，此处不作赘述。
206.从相交处切断所述非晶合金搅拌针；
所述相交处为所述非晶合金搅拌针的常态区段与所述焊接头相交位置。
常态区即非晶合金搅拌针上没有进入过冷液相区部分，因为只是非晶合金搅拌的其中一端进入均匀缝隙进行搅拌，所以进入部分都会被加热至过冷液相区，而剩余部分的状态不会发生改变，即为常态区。而常态区与焊接头(已经进入过冷液相区部分)的相交位置就是相交处。
待非晶合金搅拌针和非晶合金形成焊接头后，从相交处切断非晶合金搅拌针，然后再对切断后非晶合金进行预加热，插入相邻的待焊接位置进行搅拌形成焊接头，直至均匀缝隙被连续的焊接头填充满，完成非晶合金的钎焊。
207.对所述焊接头进行铣削，使得所述焊接头与所述非晶合金平齐。
钎焊完成后，焊接头的在非晶合金上呈现出凸起状态，为了使得焊接得到的非晶合金整体平整，通过铣削工艺将焊接头的凸起部分铣削掉，使得所有的焊接头与非晶合金平齐，形成一个平整面。
本实施例通过增设焊接前对非晶合金的表面进行清洁处理的步骤，防止了非晶合金表面的污染物对焊接头产生污染对焊接质量造成影响；增设对非晶合金搅拌针的预加热步骤，提高了焊接效率；增设焊接完成后对焊接头进行铣削的步骤，使得焊接得到的非晶合金整体平整。
实施例三
与前述应用功能实现方法实施例相对应，本实施例提供一种非晶合金钎焊装置及相应的实施例。
图3是本申请实施例示出的非晶合金钎焊装置的结构示意图。
参见图3，该非晶合金钎焊装置具体包括：
电机1、非晶合金搅拌针2、固定夹具3、载物台4、工作台5和感应加热系统7；感应加热系统连接工作台，并对非晶合金6的焊接区域进行加热；工作台上设置有两个用于承载非晶合金的载物台，载物台之间设置有搅拌缝隙；载物台边缘设置有用于固定非晶合金的固定夹具；待焊接的第一非晶合金和第二非晶合金分别放置在两个载物台上，隔空对齐后，通过固定夹具进行固定。电机连接非晶合金搅拌针，并带动非晶合金搅拌针在搅拌缝隙中进行搅拌。搅拌缝隙的宽度大于均匀缝隙的宽度，均匀缝隙为非晶合金之间的均匀间隙。均匀缝隙处于搅拌缝隙的中间。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。
上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。另外，可以理解，本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种非晶合金钎焊方法，其特征在于：
将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定，得到均匀缝隙，所述均匀缝隙为所述第一非晶合金和所述第二非晶合金之间的均匀间隙；
利用感应加热系统将焊接区域加热至过冷液相区，所述焊接区域为非晶合金靠近所述均匀缝隙的部分区域；
用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头，所述非晶合金搅拌针的材质与所述非晶合金的材质相同；
所述均匀缝隙的宽度小于所述非晶合金搅拌针的直径。
2.根据权利要求1所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述将第一非晶合金和第二非晶合金对齐固定之前还包括：
打磨非晶合金的表面；
清洗所述非晶合金；
干燥所述非晶合金。
3.根据权利要求2所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述清洗所述非晶合金包括：
将所述非晶合金依次放置在丙酮、乙醇和清水中进行超声波清洗。
4.根据权利要求3所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述非晶合金放置在丙酮和乙醇中进行超声波清洗的时间为5min。
5.根据权利要求2所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述干燥所述非晶合金包括：
将所述非晶合金放置在氩气腔室中进行干燥。
6.根据权利要求1所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌之前，还包括：
对所述非晶合金搅拌针的搅拌端进行加热，使其进入过冷液相区。
7.根据权利要求1所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述用非晶合金搅拌针在所述均匀缝隙中进行搅拌，得到焊接头之后还包括：
从相交处切断所述非晶合金搅拌针，所述相交处为所述非晶合金搅拌针的常态区段与所述焊接头相交位置。
8.根据权利要求7所述的一种非晶合金钎焊方法，其特征在于，所述从相交处切断所述非晶合金搅拌针之后，还包括：
对所述焊接头进行铣削，使得所述焊接头与所述非晶合金平齐。
9.一种非晶合金钎焊装置，其特征在于，包括：
电机、非晶合金搅拌针、固定夹具、载物台、工作台和感应加热系统；
所述感应加热系统连接所述工作台，并对非晶合金的焊接区域进行加热；
所述工作台上设置有两个用于承载所述非晶合金的所述载物台，所述载物台之间设置有搅拌缝隙；
所述载物台边缘设置有用于固定所述非晶合金的固定夹具；
所述电机连接所述非晶合金搅拌针，并带动所述非晶合金搅拌针在所述搅拌缝隙中进行搅拌。
10.根据权利要求9所述的一种非晶合金钎焊装置，其特征在于：
所述搅拌缝隙的宽度大于均匀缝隙的宽度，所述均匀缝隙为非晶合金之间的均匀间隙。
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