一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法技术

一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法，其步骤为：（1）加工铝合金板及接头处凹槽，将铝合金板安装在绝缘滑动焊接夹具上，用螺栓和绝缘帽（2）连接电极和工件；（2）采用箔片状钎料放置在待焊凹槽内；通过钢丝绳（3）加载配重（4）固定于上工件顶端，用压力传感器对压力变化进行实时精准测量；（3）设置直流电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为3.5~4 KA，焊接时间为500~900 ms，间隔时间为100~500 ms；第二阶段焊接电流为7.5~9.9 KA，焊接时间为1~2 s，在下工件接头表面超声波，焊接压力保持恒定80 N；（4）启动直流电阻焊接设备，随后让焊件空冷至室温。

An ultrasonic assisted DC resistance brazing method for aluminum alloy

An ultrasonic-assisted direct current resistance brazing method for aluminium alloy is described. The steps are: (1) machining the grooves in the aluminium alloy plates and joints, installing the aluminium alloy plates on the insulating sliding welding fixture, connecting electrodes and workpieces with bolts and insulating caps; (2) using a foil-like filler metal to be placed in the grooves to be welded; and passing through a wire rope (3). Loading counterweight (4) fixed on the top of the workpiece, real-time accurate measurement of pressure changes with pressure sensors; (3) set DC resistance brazing parameters, the first stage welding current is 3.5 ~ 4 KA, welding time is 500 ~ 900 ms, interval time is 100 ~ 500 ms; the second stage welding current is 7.5 ~ 9.9 KA, welding time is 1-2 seconds, ultrasonic wave on the joint surface of the lower workpiece, the welding pressure remains constant 80 N; (4) start the DC resistance welding equipment, and then let the weldment air-cooled to room temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法
本专利技术涉及压力钎焊技术，具体的说，是涉及超声金属钎焊和电阻钎焊技术交叉的钎焊技术。
技术介绍
铝合金具有密度小、热导和电导率高，耐腐蚀性强、无应力腐蚀倾向和工艺性能良好等优点，在现代工业材料中有着越来越重要的地位。由于铝合金表面具有连续且致密的氧化膜，限制了铝合金在材料加工中的进一步应用。而钎焊因焊接变形小、操作方便、尺寸精度高等优点被视为铝合金连接的重要方法。但是一方面，现有的钎焊方法能量输入总量大、热分布不均匀，不能得到综合性能良好的钎焊接头；另一方面，由于钎剂具有的腐蚀性，在钎焊完成后需要后续程序清除钎剂残渣，但残留的钎剂难以清除完全，而这不仅增加了不少成本，而且对环境造成较大的破坏，不利于对焊接接头的形成，，影响整个焊接过程的进行。超声波金属焊接是利用超声波频率（超过20KHz）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种焊接方法；在对金属进行超声波焊接时，将弹性振动能量转变为工件界面间的摩擦功、形变能及有限的温升，使焊接区域的金属原子被瞬间激活，两相界面处的分子互相渗透，最终实现金属焊件的固态连接。其在电子工业、新材料制备、航空航天及核能工业等方面都有很广泛的应用，加上其节能、环保、操作方便等突出优点，对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接都将发挥很大的促进作用。电阻钎焊技术是将待焊工件压紧于两电极之间，并在短时间内通以大电流，利用电流流经工件与钎料微凸接触点及临近区域产生的电阻热将钎料加热至熔化或塑形状态，使熔融钎料与母材形成金属连接的一种钎焊方法。其优点在于加热时间短、热量集中，变形与应力小，操作简单，改善了劳动条件，生产率高且无噪声及有害气体。现有的超声辅助交流电阻钎焊技术，不能够提供较大电流，否则在焊接过程中将产生剧烈的爆破现象，大量的熔融钎料随着爆破的产生喷射出焊缝，严重影响焊接接头的形成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法。本专利技术是一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法，其步骤为：（1）焊前用砂纸对上下工件接触面进行打磨以去除铝合金表面致密且连续的氧化膜，随后用棉花蘸取丙酮溶液擦拭去除待焊工件接触表面的油脂等杂质，再用无水乙醇清洗待焊工件表面以去除残留的丙酮溶液；将上下工件安装在已有的绝缘滑动焊接装置上，用螺栓和绝缘帽连接母材上的装配孔和上绝缘板、下绝缘板、上滑板、下滑板上的定位孔，这样就完成了对上下工件的装配；（2）在下工件接头处加工一个6mm×8mm的圆弧凹槽，在其中放置用砂纸打磨过后1g的Zn-2Al钎料，通过钢丝绳加载砝码固定于上工件顶端，施加恒定压力；（3）设置直流电阻钎焊参数，第一阶段钎焊电流为3.5~4KA，焊接时间为500~900ms，间隙时间为100~500ms；第二阶段钎焊电流为7.5~9.9KA，焊接时间为1~2s，在下工件接头表面距离焊缝5cm处施加28KHz的超声波1~2s，焊接压力保持恒定；（4）启动直流电阻焊接设备，随后让焊件空冷至室温。本专利技术的有益效果为：（一）本专利技术通过复合超声波与直流电得到耦合场，发挥不同物理场的优势，弥补互相的劣势。一方面，在钎焊过程中施加恒定力，随着熔融钎料的润湿铺展，上工件在压力作用下与液态钎料发生溶蚀，在钎焊接头边界区域形成新的连接区域；另一方面，随着复合能量输入的增加，钎焊界面塑形流动性增强，在压力、摩擦力和焊接复合应力作用下钎焊界面一面呈现连续曲折的“波浪状”，另一面呈现连续平滑的“直线状”，增加了冶金连接长度，得到综合力学性能良好的钱焊接头，强化钎焊的效果。（二）防止超声辅助电阻钎焊过程中爆破现象的产生，在钎焊过程中保留足够的熔融钎料，获得良好的焊缝成型；利用耦合场产生的声致塑性效应、热电效应及超声细晶作用，增大能量输入，使铝合金在极短时间内进行固相连接，使热分布更加均匀，减小热影响区，同时保证晶粒细化，得到综合性能更良好的焊接接头。（三）用超声波代替钎剂去除工件及钎料表面氧化膜，利用超声的声流效应和空化效应，去除液态钎料中残余的气泡，促进钎料与母材的润湿，提高钎焊接头的综合性能；同时避免残留钎剂污染钎焊接头，破坏环境。附图说明图1为超声辅助直流电阻钎焊铝合金的微观形貌图，图2为下工件试样加工形状示意图，图3和图4为下工件接头表面凹槽结构示意图，图5为绝缘滑动焊接装置的结构示意图。具体实施方式本专利技术是一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法，其步骤为：（1）加工铝合金板及接头处凹槽，打磨工件接头接触面并用溶液去除表面油脂杂质，将铝合金板安装在绝缘滑动焊接夹具上，用螺栓和绝缘帽2连接电极和工件；（2）采用箔片状钎料放置在待焊凹槽内；通过钢丝绳3加载配重4固定于上工件顶端，用压力传感器对压力变化进行实时精准测量，为控制界面形貌及得到良好综合性能的钎焊接头；（3）设置直流电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为3.5~4KA，焊接时间为500~900ms，间隔时间为100~500ms；第二阶段焊接电流为7.5~9.9KA，焊接时间为1~2s，在下工件接头表面超声波，焊接压力保持恒定80N；（4）启动直流电阻焊接设备，随后让焊件空冷至室温。以上所述铝合金板厚为6~12mm，焊接端长度为6~8mm，且上下工件接头接触面保持平滑无杂质，一侧端面加工成深为0.15~0.3mm的凹槽。以上所述钎料厚度为0.05~0.1mm。以上所述钎料是Zn-2Al钎料，母材材料为6063铝合金。以上所述的配重4为8KG的砝码；压力传感器为S型压力传感器。以上所述焊接分为两个阶段，第一阶段不加载超声波；第二阶段，在下工件接头表面距离焊缝中心5cm处施加超声波，其此钎焊过程中同时施加超声波1~2s。以上所述的步骤（1）中母材为6063铝合金，铝合金板厚度为8mm，焊接面积为8mm×9mm，砂纸均为240号耐水砂纸，通过砂纸打磨过后的接触面在微观情况下存在大量的微凸点，因此使得母材和钎料形成局部微观接触。以上所述的步骤（2）中凹槽是深度为为0.15mm的6mm×8mm圆弧凹槽，钎料为Zn-2Al钎料，箔片状钎料厚度为，重物为8KG的砝码，将压力传感器放置在上工件与钢丝绳之间，实时监测压力数值变化，实现精确测量。以上所述的步骤（3）中超声辅助直流电阻钎焊方法分为两个阶段，第一阶段钎焊电流为3.5~4KA，焊接时间为500~900ms，间隙时间为100~500ms；第二阶段钎焊电流为7.5~9.9KA，焊接时间为1~2s，在下工件接头表面距离焊缝5cm处施加28KHz的超声波1~2s，焊接压力保持恒定80N。由于铝合金表面存在一层连续且致密的氧化膜，保护合金不受进一步氧化，因此钎焊效果比较差，需依靠钎剂去除表面氧化膜以得到理想的钎焊接头；而交流电阻钎焊方法能在不使用钎剂的情况下，依靠电场的热电效应去除表面氧化膜，得到钎焊接头；然而在具体钎焊过程中大量熔融钎料随大电流施加而喷射出焊缝，使得接头在钎焊过程中出现大量孔洞、裂纹等缺陷，降低钎焊接头的质量，严重影响此项技术在实际生产中的使用。为了解决这关键性问题并获得优良的整体钎焊效果，施加直流电的同时在第二阶段加载28KHz的超声波，并在下工件接头处加工凹槽，以保留更多的钎料，从而可以有效的避免钎焊过程中出现的焊接缺陷。以下为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法，其特征在于，其步骤为：（1）加工铝合金板及接头处凹槽，打磨工件接头接触面并用溶液去除表面油脂杂质，将铝合金板安装在绝缘滑动焊接夹具上，用螺栓和绝缘帽（2）连接电极和工件；（2）采用箔片状钎料放置在待焊凹槽内；通过钢丝绳（3）加载配重（4）固定于上工件顶端，用压力传感器对压力变化进行实时精准测量，为控制界面形貌及得到良好综合性能的钎焊接头；（3）设置直流电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为3.5~4 KA，焊接时间为500~900 ms，间隔时间为100~500 ms；第二阶段焊接电流为7.5~9.9 KA，焊接时间为1~2 s，在下工件接头表面超声波，焊接压力保持恒定80 N；（4）启动直流电阻焊接设备，随后让焊件空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助直流电阻钎焊铝合金方法，其特征在于，其步骤为：（1）加工铝合金板及接头处凹槽，打磨工件接头接触面并用溶液去除表面油脂杂质，将铝合金板安装在绝缘滑动焊接夹具上，用螺栓和绝缘帽（2）连接电极和工件；（2）采用箔片状钎料放置在待焊凹槽内；通过钢丝绳（3）加载配重（4）固定于上工件顶端，用压力传感器对压力变化进行实时精准测量，为控制界面形貌及得到良好综合性能的钎焊接头；（3）设置直流电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为3.5~4KA，焊接时间为500~900ms，间隔时间为100~500ms；第二阶段焊接电流为7.5~9.9KA，焊接时间为1~2s，在下工件接头表面超声波，焊接压力保持恒定80N；（4）启动直流电阻焊接设备，随后让焊件空冷至室温。2.根据权利要求1所述的超声辅助直流电阻钎...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炜杰，俞伟元，陈玮烨，林巧力，刘英宗，李富祥，邢春晓，孙学敏，吴保磊，孙军刚，雷震，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62