一種超聲輔助半固態(tài)焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其涉及一種超聲輔助半固態(tài)焊接方法。
【背景技術】
[0002]半固態(tài)連接是在半固態(tài)加工技術的基礎上發(fā)展而來的，它是將金屬或合金在固相線與液相線溫度區(qū)間進行連接的一種方法。半固態(tài)擴散釬焊技術是指母材在再結(jié)晶溫度以上，填充釬料在半固態(tài)溫度區(qū)間范圍內(nèi)，通過母材與釬料界面的相互擴散，形成低熔點的共晶成分并繼續(xù)擴散，以及隨后的均勻化再結(jié)晶過程，最終形成與母材成分組織均勻一致的焊縫接頭。半固態(tài)擴散釬焊技術相對于普通釬焊技術，其接頭具有耐高溫性好、力學性能高和自清凈能力強等諸多優(yōu)點，目前多用于先進材料的連接，但對某些焊接結(jié)構性能要求較高的領域，存在中間層和和端面質(zhì)量滿足不了要求的情況。
[0003]近年來，多學科工藝交叉和多種成形焊接方法結(jié)合已成為新的潮流，其可以同時發(fā)揮多種工藝的優(yōu)勢，從而提高制件的力學性能和使用性能。已有研究表明在釬焊過程中施加一定的超聲振動，可以改變連接界面行為，從而提高接頭性能的工藝。此外，滾壓加工是通過一定形式的滾壓工具向工件表面施加一定壓力。在常溫或高溫下利用金屬的塑性變形，從而提高工件的表面強度和韌性，以同時實現(xiàn)工件的光整加工及表面強化。
[0004]因此，若能將半固態(tài)連接技術、超聲輔助技術以及滾壓加工技術結(jié)合，開發(fā)出新型的金屬連接技術，以進一步提高焊接結(jié)構的性能，并改善焊接條件，將具有極大的發(fā)展前景和應用空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種超聲輔助半固態(tài)焊接方法。
[0006]為了解決以上技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種超聲輔助半固態(tài)焊接方法，它分為以下步驟:
[0007]步驟1:采用超聲波清洗母材的待焊區(qū)表面，超聲波的超聲功率為15-20w，清洗時間為10-20min，然后將待焊的兩塊母材拼放在一起；
[0008]步驟2:采用金屬熔化爐將焊料熔化，熔煉溫度為700_720°C，待焊料熔化后進行冷卻；
[0009]步驟3:在焊料冷卻過程中對焊料施加半固態(tài)攪拌，使其具有球狀晶粒和液相的兩相組織；
[0010]步驟4:待焊料冷卻至600-630°C時，將其澆入恒溫注料器，并在600-630°C下進行保溫，使焊料的液相率為50—60% ;
[0011 ]步驟5:打開原位感應加熱器，將待焊區(qū)初始位置的母材加熱至450°C，并保持5s，隨后將超聲波振動頭與焊接母材接觸，對焊接母材施加超聲輔助振動，設置超聲波的振動頻率為20kHz，功率為1000-2000W;
[0012]步驟6:打開恒溫注料器下部的出料口開始注入焊料，等待3s，啟動原位感應加熱器和恒溫注料器的移動裝置，并使兩者按照相同速度沿焊縫向未焊接區(qū)域移動；
[0013]步驟7:待原位感應加熱器和恒溫注料器移動20mm后，使?jié)L動壓頭施加20-40MPa比壓力于焊縫初始位置，并使?jié)L動壓頭保持與原位感應加熱器、恒溫注料器同樣的速度沿焊縫向未焊接區(qū)域移動，在移動過程中保持比壓力不變，最后得到焊接構件。
[0014]上述母材為招合金、鎂合金、SiCp/Al復合材料中的任一種，焊料的材質(zhì)與母材的材質(zhì)相一致，或者焊料均采用鋁合金。
[0015]上述母材為鋁合金、鎂合金、SiCp/Al復合材料中的任兩種組合，焊料的材質(zhì)為兩種母材其中的任一種，或者焊料均采用鋁合金。
[0016]本發(fā)明原位感應加熱器、恒溫注料器、滾動壓頭的移動速度均為2-3mm/s。
[0017]采用本發(fā)明提供的超聲輔助半固態(tài)焊接方法可以焊接出力學性能高、使用性能更好的構件，能提高工件的表面強度和韌性，同時實現(xiàn)工件的光整加工及表面強化;此外，本發(fā)明還具有應用材料范圍廣、生產(chǎn)效率高和焊接條件好等優(yōu)點，具有極大的發(fā)展前景和應用空間。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0019]圖1為本發(fā)明方法的操作示意圖。
[0020]圖2為圖1的俯視圖。
[0021]圖中:1、母材;2、超聲波振動頭;3、原位感應加熱器;4、焊料;5、恒溫注料器;6、滾動壓頭。
【具體實施方式】
[0022]如圖1?圖2本發(fā)明一種超聲輔助半固態(tài)焊接方法，它分為以下步驟:
[0023]步驟1:采用超聲波清洗母材I的待焊區(qū)表面，超聲波的超聲功率為15-20w，清洗時間為10-20min，然后將待焊的兩塊母材I拼放在一起；
[0024]步驟2:采用金屬熔化爐將焊料4熔化，熔煉溫度為700_720°C，待焊料4熔化后進行冷卻；
[0025]步驟3:在焊料4冷卻過程中對焊料4施加半固態(tài)攪拌，使其具有球狀晶粒和液相的兩相組織；
[0026]步驟4:待焊料4冷卻至600-630°C時，將其澆入恒溫注料器，并在600-630°C下進行保溫，使焊料4的液相率為50—60% ;
[0027]步驟5:打開原位感應加熱器3，將待焊區(qū)初始位置的母材加熱至450°C，并保持5s，隨后將超聲波振動頭2與焊接母材I接觸，對焊接母材I施加超聲輔助振動，設置超聲波的振動頻率為20kHz，功率為1000-2000W;
[0028]步驟6:打開恒溫注料器5下部的出料口開始注入焊料4，等待3s，啟動原位感應加熱器3和恒溫注料器5的移動裝置，并使兩者按照相同速度沿焊縫向未焊接區(qū)域移動；
[0029]步驟7:待原位感應加熱器3和恒溫注料器5移動20mm后，使?jié)L動壓頭6施加20-40MPa比壓力于焊縫初始位置，并使?jié)L動壓頭6保持與原位感應加熱器3、恒溫注料器5同樣的速度沿焊縫向未焊接區(qū)域移動，在移動過程中保持比壓力不變，最后得到焊接構件。
[0030]本發(fā)明可適用于相同材質(zhì)母材的焊接或不同材質(zhì)母材的焊接。當母材I為相同材質(zhì)時，可選用的母材I為鋁合金、鎂合金、SiCp/Al復合材料中的任一種，且焊料4的材質(zhì)與母材I的材質(zhì)相一致;當母材為不同材質(zhì)時，選用的母材I為招合金、鎂合金、SiCp/Al復合材料中的任兩種組合，則焊料4的材質(zhì)為兩種母材其中的任一種。這樣可以保證焊料和母材之間具有良好的潤濕性，從而提高焊縫的力學性能，保證焊接結(jié)構的可靠性。當然，在實際使用中，出于生產(chǎn)成本的考慮，本發(fā)明不同材質(zhì)的母材選擇的焊料4可以都采用鋁合金進行焊接，這樣可以在保證基本良好焊接結(jié)構的基礎上節(jié)約成本，更利于推廣使用。
[0031]本發(fā)明在實施步驟中主要注意以下幾點:
[0032]采用恒溫注料器5將焊料4的溫度保持在半固態(tài)溫度區(qū)間，使其液相率為50%-60%;采用原位感應加熱器3使焊接初始處的母材快速升溫至再結(jié)晶溫度以上，同時使超聲波振動頭2與焊接母材I接觸，對焊接母材I施加超聲輔助振動，隨后打開恒溫注料器5的出料口開始注料，并保持原位感應加熱器3和恒溫注料器5以相同速度V沿焊縫向未焊接區(qū)域移動，移動速度V既要保證原位感應加熱器3可以將后續(xù)的未焊接母材能加熱到再結(jié)晶溫度以上，還要保證恒溫注料器5可以給焊接處提供適量的半固態(tài)焊料;待原位感應加熱器3和恒溫注料器5移動一定距離后，使?jié)L動壓頭6施加一定壓力于焊縫初始處，并以相同速度V沿焊縫向未焊接區(qū)域移動，使焊縫區(qū)金屬產(chǎn)生一定的塑性變形。本發(fā)明原位感應加熱器3、恒溫注料器5、滾動壓頭6的移動速度均為2-3mm/s，能夠滿足上述要求。
[0033]下面結(jié)合具體實施例說明本發(fā)明的力學性能更優(yōu)異。
[0034]實施例一:母材和焊料均選擇鋁合金
[0035]步驟1:采用超聲波清洗鋁合金母材待焊區(qū)表面，超聲波的超聲功率20w，