專利名稱：利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釬焊領(lǐng)域的焊接方法，尤其是一種泡沫鋁對接、搭接的焊接方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁是類似泡沫狀的超輕金屬材料，其獨特的孔隙結(jié)構(gòu)使其具有多功能復(fù)合特性。通常泡沫鋁的孔隙率很高(> 80% )。孔隙率為90%的泡沫鋁，其密度只有O. 27g/cm3, 約為水密度的1/4。與此同時，泡沫鋁還具有突出的機械性能，多孔金屬在承受壓應(yīng)力時其應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的塑性變形階段的應(yīng)力幾乎恒定不變，它們在變形時大量的能量被轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄阅埽詿崃啃问胶纳?，是用作撞擊防護的優(yōu)良材料。此外，多孔金屬還是典型的韌性材料，可以防止多孔金屬構(gòu)件存在裂紋和缺陷時發(fā)生瞬間的災(zāi)難性破壞。泡沫鋁還具有優(yōu)良的散熱、隔熱以及吸聲效果等。因此，泡沫鋁是一種性能優(yōu)異的多功能工程材料，在交通、 微電子、海洋采油、航空航天、生物、醫(yī)療、建筑等高科技及高技術(shù)領(lǐng)域中有著重要的意義。泡沫鋁的制備方法根據(jù)制備過程中鋁的狀態(tài)分為固態(tài)金屬燒結(jié)法、液態(tài)金屬凝固法、沉積法三大類，上述三種方法很難實現(xiàn)大面積和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一次性成形，極大地限制了泡沫鋁的應(yīng)用。泡沫鋁的連接可實現(xiàn)大面積和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一次性成形，但是，現(xiàn)有的泡沫鋁連接技術(shù)存在諸多問題，可歸結(jié)為三個方面(I)用粘結(jié)劑粘接的方法未能實現(xiàn)可靠的冶金連接，且存在接頭老化的問題；(2)壓力焊以及熔化焊諸如超聲波固相焊接、擴散焊、激光焊接以及傳統(tǒng)的TIG、MIG焊等，均以破壞孔隙結(jié)構(gòu)，犧牲孔隙率為代價；(3)對于釬焊來說，釬料在母材上的鋪展和潤濕是焊接的關(guān)鍵，泡沫鋁表面致密的氧化膜嚴重阻礙了釬料的鋪展和潤濕，且對于泡沫鋁表面特殊的多孔結(jié)構(gòu)，氧化膜的去除較為困難，常規(guī)釬焊難以實現(xiàn)泡沫鋁的有效連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決泡沫鋁釬焊過程中產(chǎn)生的釬料不潤濕和氧化膜難去除，導(dǎo)致接頭強度下降的問題，提供一種利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法。本發(fā)明的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、將兩塊泡沫鋁板分別裝卡在焊接卡具上，將兩塊泡沫鋁板整體進行加熱至350°C 460°C之間，分別利用棒狀Zn-Al-Cu釬料在兩塊泡沫鋁板的待焊接面上往復(fù)滑動，使熔化的釬料均勻地涂覆在待焊表面，自然冷卻至室溫；步驟二、將其中一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在固定卡具上，將另一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在可滑動卡具上，并將兩塊泡沫鋁涂覆釬料的端面對接，加熱使兩塊泡沫鋁板接觸面的釬料達到熔化狀態(tài)；步驟三、釬料熔化后，將可滑動卡具夾持的泡沫鋁板在待焊接界面處往復(fù)滑動I 次 10次，使泡沫鋁間實現(xiàn)相互的摩擦，同時在垂直于焊接面的方向施加壓力，界面壓強為O. 5kPa 5kPa，且溫度保持在釬料熔點以上；步驟四、停止泡沫鋁間的相互滑動摩擦，將兩塊泡沫鋁板的待焊接面對齊，再次加壓，界面壓強為2kPa IOkPa,保溫I分鐘 3分鐘后自然冷卻至室溫，實現(xiàn)兩塊泡沫鋁間可靠的冶金結(jié)合的釬焊界面。本發(fā)明具有以下優(yōu)點一、本發(fā)明利用了泡沫鋁泡壁凸凹不平的特點，在熱和力存在的情況下，兩個相對運動的泡沫鋁間產(chǎn)生強烈的相互摩擦，從而去除泡沫鋁表面的氧化膜，促進熔融釬料的潤濕和鋪展以及與泡沫鋁泡壁鋁母材的相互反應(yīng)，最終利用釬焊實現(xiàn)泡沫鋁間的連續(xù)致密的焊縫和可靠的冶金連接。熱和壓力的存在，泡沫鋁間的自摩擦加速了氧化膜的破碎，減少了釬縫中的微裂紋，降低了應(yīng)力集中，從而有利于提高接頭的綜合力學(xué)性能。泡沫鋁間的相對運動，促進了釬料的鋪展，有助于連續(xù)致密焊縫的形成。二、焊接過程不會造成泡壁的坍塌和孔隙率的降低，使泡沫鋁自身的優(yōu)勢得以保留，且泡沫鋁間的相互摩擦使得多余釬料的被擠出，使釬縫達到較佳間隙值，降低焊后整體重量，充分發(fā)揮泡沫鋁輕質(zhì)的優(yōu)勢。三、泡沫鋁待焊接表面無須特殊清理，焊接周期短，高效，成本低，易于實現(xiàn)自動化。


圖I是具體實施方式
一中的步驟一中利用棒狀Zn-Al-Cu釬料在兩塊泡沫鋁板的待焊接面上往復(fù)滑動的工藝狀態(tài)圖(圖中I為棒狀釬料，2為泡沫鋁板)；圖2是具體實施方式
一中的步驟一中熔化的釬料均勻地涂覆在泡沫鋁待焊表面的工藝狀態(tài)圖(圖中3為涂覆釬料)；圖3是具體實施方式
一中的步驟三中可滑動卡具夾持的泡沫鋁板在待焊接界面處往復(fù)滑動和對焊接面施加垂直的壓力的工藝狀態(tài)圖(圖中4為可移動卡具，5為固定卡具)；圖4是具體實施方式
一中的步驟四中兩塊泡沫鋁板的待焊接面對齊，并再次加壓的工藝狀態(tài)圖；圖5是兩塊泡沫鋁間實現(xiàn)可靠的冶金結(jié)合的釬焊界面效果圖(圖中6為焊縫)。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I 圖5說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、將兩塊泡沫鋁板分別裝卡在焊接卡具上，將兩塊泡沫鋁板整體進行加熱至釬料熔點以上，即350°C 460°C之間，分別利用棒狀Zn-Al-Cu釬料在兩塊泡沫鋁板的待焊接面上往復(fù)滑動，見圖1，使熔化的釬料均勻地涂覆在待焊表面，見圖2 ；自然冷卻至室溫 (20°C 25 )；步驟二、將其中一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在固定卡具上，將另一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在可滑動卡具上，并將兩塊泡沫鋁涂覆釬料的端面對接，加熱使兩塊泡沫鋁板接觸面的釬料達到熔化狀態(tài)，見圖3 ；步驟三、釬料熔化后，將可滑動卡具夾持的泡沫鋁板在待焊接界面處往復(fù)滑動I 次 10次，使泡沫鋁間實現(xiàn)相互的摩擦，同時在垂直于焊接面的方向施加壓力，界面壓強為O. 5kPa 5kPa，壓力在上述范圍內(nèi)不會造成泡沫鋁泡壁坍塌，且溫度保持在釬料熔點以上；泡沫鋁待焊接表面的氧化膜在熱和力的作用下，利用泡沫鋁間的相互摩擦得以去除，并促進了釬料的鋪展；見圖3;步驟四、停止泡沫鋁間的相互滑動摩擦，將兩塊泡沫鋁板的待焊接面對齊，見圖4， 再次加壓，界面壓強為2kPa IOkPa,壓力在上述范圍內(nèi)不會造成泡沫鋁泡壁坍塌，保溫I
4分鐘 3分鐘后自然冷卻至室溫(20°C 25°C )，實現(xiàn)兩塊泡沫鋁間可靠的冶金結(jié)合的釬焊界面，見圖5。
具體實施方式
二 本實施方式的步驟一中對兩塊泡沫鋁板整體進行加熱的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或爐溫，其加熱溫度為400°C 430°C之間。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟二中對泡沫鋁加熱的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或爐溫。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟四中對兩塊泡沫鋁板施加壓力時，壓力應(yīng)垂直于釬焊界面。其它步驟與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、將兩塊泡沫鋁板分別裝卡在焊接卡具上，將兩塊泡沫鋁板整體進行加熱至 350°C 460°C之間，分別利用棒狀Zn-Al-Cu釬料在兩塊泡沫鋁板的待焊接面上往復(fù)滑動， 使熔化的釬料均勻地涂覆在待焊表面，自然冷卻至室溫；步驟二、將其中一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在固定卡具上，將另一塊已涂覆釬料的泡沫鋁焊件裝卡在可滑動卡具上，并將兩塊泡沫鋁涂覆釬料的端面對接，加熱使兩塊泡沫鋁板接觸面的釬料達到熔化狀態(tài)；步驟三、釬料熔化后，將可滑動卡具夾持的泡沫鋁板在待焊接界面處往復(fù)滑動I次 10次，使泡沫鋁間實現(xiàn)相互的摩擦，同時在垂直于焊接面的方向施加壓力，界面壓強為 O. 5kPa 5kPa，且溫度保持在釬料熔點以上；步驟四、停止泡沫鋁間的相互滑動摩擦，將兩塊泡沫鋁板的待焊接面對齊，再次加壓， 界面壓強為2kPa IOkPa,保溫I分鐘 3分鐘后自然冷卻至室溫，實現(xiàn)兩塊泡沫鋁間可靠的冶金結(jié)合的釬焊界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法，其特征在于 步驟一中對兩塊泡沫鋁板整體進行加熱的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或爐溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法，其特征在于步驟二中對泡沫鋁加熱的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或爐溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法，其特征在于 步驟四中對兩塊泡沫鋁板施加壓力時，壓力應(yīng)垂直于釬焊界面。
全文摘要
利用泡壁自摩擦去除氧化膜釬焊泡沫鋁的方法，它涉及一種釬焊領(lǐng)域的焊接方法，以解決泡沫鋁釬焊過程中產(chǎn)生的釬料不潤濕和氧化膜難去除，導(dǎo)致接頭強度下降的問題。方法一、將兩塊泡沫鋁板加熱，分別利用棒狀釬料在兩塊泡沫鋁板的待焊接面上往復(fù)滑動，使釬料涂覆在待焊表面；二、將兩塊泡沫鋁涂覆釬料的端面對接，加熱使兩塊泡沫鋁板接觸面的釬料達到熔化狀態(tài)；三、將可滑動卡具夾持的泡沫鋁板在待焊接界面處往復(fù)滑動，同時在垂直于焊接面的方向施壓；四、停止泡沫鋁間的相互滑動，將兩塊泡沫鋁板的待焊接面對齊，再次加壓，保溫1分鐘～3分鐘后自然冷卻至室溫，實現(xiàn)兩塊泡沫鋁間冶金結(jié)合的釬焊界面。本發(fā)明用于泡沫鋁與泡沫鋁的焊接。
文檔編號B23K1/19GK102601475SQ20121005980
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者劉華杰, 呂世雄, 黃永憲, 龔靖 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)