一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，包括以下步骤：对中间反应材料层进行筛选，将筛选后的中间反应材料层，按照本发明专利技术“一次超声焊接，二次超声保温”的焊接方法，在焊接过程中避免金属间化合物的产生，得到无脆性金属化合物的全固溶体接头，该全固溶体接头的力学性能高，焊接效率高，焊接效果好。

A Method for Achieving Ultrasound-Assisted Welding of Light Alloys with Full Solid Solution Joints

The invention discloses a method for obtaining all solid solution joints by ultrasonic assisted welding of light alloys, which includes the following steps: screening intermediate reaction material layer, screening intermediate reaction material layer, according to the welding method of \one-time ultrasonic welding, two-time ultrasonic insulation\, avoiding the generation of intermetallic compounds in the welding process, and obtaining brittle-free metallization. The all-solid solution joint of the compound has high mechanical properties, high welding efficiency and good welding effect.

【技术实现步骤摘要】
一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法
本专利技术涉及超声辅助焊接
，尤其是涉及一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法。
技术介绍
现有传统的TLP焊接方法由于没有对中间反应材料层的材料进行筛选，导致保温时间长，焊接效率低，同时在接头形成的焊接过程中会产生脆性的金属间化合物，特别是在接头中会产生连续的金属间化合物层，金属间化合物会使接头组织的强度降低，焊接效果差，整体接头的力学性能低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，通过对中间反应材料层材料的筛选及在焊接过程中重要参数的调整，能有效避免在焊接过程中形成脆性的金属间化合物，从而得到无脆性金属间化合物的全固溶体接头，接头的力学性能高，焊接效率高，焊接效果好。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，待焊接母材选用轻质合金，中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195-205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于待焊接母材熔点150-300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材之间的电极电位差至多在-0.8V以内，中间反应材料层至少满足以上四个条件中的三个条件；表面处理步骤，将待焊接母材的焊接界面和中间反应材料层进行机械打磨和超声清洗；待焊接组件组装步骤，将中间反应材料层放置于待焊接母材的焊接界面，形成组装顺序为待焊接母材/中间反应材料层/待焊接母材的待焊接组件，待焊接组件组装完成；上机超声焊接步骤，将待焊接组件放置于超声焊接设备的加工平台，并是超声工具头压紧在待焊接组件的上部；将超声工具头向待焊接组件纵向方向施加压力，压力值为0.1-0.2MPa；破除氧化膜步骤，通过超声工具头将焊接超声波传导至待焊接组件，对待焊接组件进行加载超声及加热，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高10-35℃，在焊接超声的作用下，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，形成固液界面，实现初步冶金接合；元素扩散步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备保温中间反应材料层，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，待焊接母材与中间反应材料层之间发生元素扩散，从而逐渐产生固溶体组织，固溶体组织为固态，固溶体组织的数量逐渐增多，中间反应材料层逐渐减少；全固溶体接头形成步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备对待焊接组件进行保温，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，中间反应材料层全部转化为固溶体组织，中间反应材料层消失，固溶体组织形成一全固溶体接头；完成焊接组件步骤，对中间反应材料层取消保温和对待焊接组件取消焊接超声波，在大气环境中保持压力冷却至室温，得到焊接成品。进一步的技术方案中，所述中间反应材料层筛选步骤，优选地，待焊接母材的主要元素与中间反应层的主要元素的原子半径差在35pm范围内。进一步的技术方案中，所述中间反应材料层选用纯金属或合金材料。进一步的技术方案中，所述中间反应材料层制成箔片，箔片的厚度设置在45-55μm。进一步的技术方案中，在所述待焊接组件组装步骤中，所述中间反应材料层选用放置方式或预涂方式与所述待焊接母材的焊接界面接触，采用预涂方式则包括中间反应材料层预涂步骤，待焊接母材包括第一待焊接母材和第二待焊接母材，将合金材料与第一待焊接母材通过预涂超声设备的加热及超声作用，破除第一待焊接母材表面的氧化膜，形成初步焊接组织，完成中间反应材料层预涂。进一步的技术方案中，所述反应材料层预涂步骤具有以下子步骤，材料准备子步骤，将一个经过表面处理步骤中打磨后的所述第一待焊接母材放置在预涂超声设备的卡具上，称取能做成50-120μm厚度相对应重量的所述合金材料，将合金材料放置于第一待焊接母材的焊接界面；第一待焊接母材破除氧化膜子步骤，将预涂超声设备的功率控制在200-500W，预涂超声设备的频率控制在10-30kHz，加热设备功率控制在4-6kW，预涂超声设备频率控制在200-250kHz，将合金材料的温度加热至高于合金材料熔点的20℃以上，合金材料的物理形态为液态，预涂超声设备的超声变幅杆的超声作用于卡具，以完全破除第一待焊接母材表面的氧化膜，使第一待焊接母材与合金材料发生冶金反应，合金材料形成所述中间反应材料层，中间反应材料层与第一待焊接母材焊接形成合金层待焊接母材；空冷凝固打磨子步骤，将合金层待焊接母材在大气中冷却凝固，合金层待焊接母材冷却凝固完成后，形成初步焊接组织，中间反应材料层的物理形态为固态，将合金层待焊接母材的表面打磨至平整，使中间反应材料层的厚度控制在95-105μm；在所述待焊接组件组装步骤中，将第二待焊接母材的焊接界面与合金层待焊接母材中的中间反应材料层贴合，使中间反应材料层位于第一待焊接母材与第二待焊接母材之间，待焊接组件组装完成。进一步的技术方案中，在所述全固溶体接头形成步骤和所述完成焊接组件步骤之间，包括固溶体成分均匀步骤，所述超声工具头对所述待焊接组件继续施加所述焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备保温中间反应材料层，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，在形成全固溶体组织接头后，焊接超声波继续作用于待焊接母材30-90秒。进一步的技术方案中，所述中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195-205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于母材熔点200℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到5％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过10pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，待焊接母材选用轻质合金，其特征在于：中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195‑205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于待焊接母材熔点150‑300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材之间的电极电位差至多在‑0.8V以内，中间反应材料层至少满足以上四个条件中的三个条件；表面处理步骤，将待焊接母材的焊接界面和中间反应材料层进行机械打磨和超声清洗；待焊接组件组装步骤，将中间反应材料层放置于待焊接母材的焊接界面，形成组装顺序为待焊接母材/中间反应材料层/待焊接母材的待焊接组件，待焊接组件组装完成；上机超声焊接步骤，将待焊接组件放置于超声焊接设备的加工平台，并是超声工具头压紧在待焊接组件的上部；将超声工具头向待焊接组件纵向方向施加压力，压力值为0.1‑0.2MPa；破除氧化膜步骤，通过超声工具头将焊接超声波传导至待焊接组件，对待焊接组件进行加载超声及加热，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高10‑35℃，在焊接超声的作用下，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，形成固液界面，实现初步冶金接合；元素扩散步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备对待焊接组件保温，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，待焊接母材与中间反应材料层之间发生元素扩散，从而逐渐产生固溶体组织，固溶体组织为固态，固溶体组织的数量逐渐增多，中间反应材料层逐渐减少；全固溶体接头形成步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200‑500W，焊接超声波的频率控制在10‑30kHz，同时通过加热设备对待焊接组件进行保温，加热设备功率控制在4‑6kW，加热设备频率控制在200‑250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，中间反应材料层全部转化为固溶体组织，中间反应材料层消失，固溶体组织形成一全固溶体接头；完成焊接组件步骤，对中间反应材料层取消保温和对待焊接组件取消焊接超声波，在大气环境中保持压力冷却至室温，得到焊接成品。...

【技术特征摘要】
1.一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，待焊接母材选用轻质合金，其特征在于：中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接母材的熔点195-205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度低于待焊接母材熔点150-300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素与待焊接母材之间的电极电位差至多在-0.8V以内，中间反应材料层至少满足以上四个条件中的三个条件；表面处理步骤，将待焊接母材的焊接界面和中间反应材料层进行机械打磨和超声清洗；待焊接组件组装步骤，将中间反应材料层放置于待焊接母材的焊接界面，形成组装顺序为待焊接母材/中间反应材料层/待焊接母材的待焊接组件，待焊接组件组装完成；上机超声焊接步骤，将待焊接组件放置于超声焊接设备的加工平台，并是超声工具头压紧在待焊接组件的上部；将超声工具头向待焊接组件纵向方向施加压力，压力值为0.1-0.2MPa；破除氧化膜步骤，通过超声工具头将焊接超声波传导至待焊接组件，对待焊接组件进行加载超声及加热，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备升温中间反应材料层，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高10-35℃，在焊接超声的作用下，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，形成固液界面，实现初步冶金接合；元素扩散步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备对待焊接组件保温，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，待焊接母材的物理状态为固态，中间反应材料层的物理状态为液态，待焊接母材与中间反应材料层之间发生元素扩散，从而逐渐产生固溶体组织，固溶体组织为固态，固溶体组织的数量逐渐增多，中间反应材料层逐渐减少；全固溶体接头形成步骤，超声工具头对待焊接组件继续施加焊接超声波，焊接超声波的功率控制在200-500W，焊接超声波的频率控制在10-30kHz，同时通过加热设备对待焊接组件进行保温，加热设备功率控制在4-6kW，加热设备频率控制在200-250kHz，设置中间反应材料层的反应温度比中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温度高，且中间反应材料层的反应温度低于待焊接母材的熔点，中间反应材料层全部转化为固溶体组织，中间反应材料层消失，固溶体组织形成一全固溶体接头；完成焊接组件步骤，对中间反应材料层取消保温和对待焊接组件取消焊接超声波，在大气环境中保持压力冷却至室温，得到焊接成品。2.根据权利要求1所述的一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，其特征在于：所述中间反应材料层筛选步骤，优选地，待焊接母材的主要元素与中间反应层的主要元素的原子半径差在35pm范围内。3.根据权利要求1所述的一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，其特征在于：所述中间反应材料层选用纯金属或合金材料。4.根据权利要求3述的一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，其特征在于：所述中间反应材料层制成箔片，箔片的厚度设置在45-55μm。5.根据权利要求3述的一种获得全固溶体接头的超声辅助焊接轻质合金的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖志伟，
申请(专利权)人：东莞市新玛博创超声波科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44