[发明专利]一种异种材料电磁激励电阻熔-钎焊复合焊接方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用外加磁场辅助的电磁激励电阻熔-钎焊复合焊接方法和设备。

背景技术

钎焊技术是以熔点低于母材的焊丝作为焊接材料(钎料)，焊接时焊丝(钎料)熔化而母材不熔化，实现同种或异种金属材料间的连接。电阻钎焊是利用电流通过焊件或与焊件接触的加热块所产生的电阻热加热焊件和熔化钎料的钎焊方法，钎焊时需对钎焊处应施加一定的压力。电阻钎焊的基本原理与电阻焊相同，与其他的钎焊方法相比，具有加热迅速、生产率高、热影响区小等优点，且容易实现自动化，因此，常用于成分与性能差异较大的异种金属间连接，是一种具有较高实用价值的焊接技术，有着广泛的发展空间。

电磁搅拌技术(EMS)，是近年来发展和逐渐完善起来的一种新型焊接技术，1971年Tseng和Savage深入研究了TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响，随后，国内外开始对外加磁场作用下的焊接技术开展了广泛研究。电阻钎焊过程中利用焊接电弧作为热源且填充焊丝(钎料)发生了熔化和重新凝固，因此辅助电磁搅拌用于电阻钎焊过程中可以细化液态钎料结晶组织，影响初生相与共晶组织的形貌和尺寸，促进成分均匀化以及控制界面形状。

在外加磁场作用下，熔池中的液态金属受洛仑兹力的作用发生旋转，前端液态金属沿熔池一侧向尾部流动，相应的熔池尾部液态金属沿另一侧向前端流动，有利于电阻钎焊过程中液态钎料的流动及其对固态母材的润湿与铺展。

液态钎料充分流入并致密地填满全部钎缝间隙，又与母材发生很好的相互作用，是形成优质钎焊接头的前提。目前，单一钎焊方法在使用时常受到设备或工艺特点的限制；复合钎焊方法已经逐渐受到重视并开展了相应的研究和应用，如电弧钎焊、激光钎焊等。

一般的电阻钎焊被加热的只是零件的钎焊处，加热速度较快，因而在钎焊过程中，对零件钎焊面贴合紧密程度要求高，否则，易因接触不良造成母材局部过热或接头严重未钎透等缺陷。此外，为防止母材熔化，电阻钎焊过程中由钎料形成的液态熔池保持时间较短，不利于液态钎料在母材表面充分铺展和形成扩散层。将电磁搅拌技术复合到电阻钎焊工艺中，通过在焊接区产生附加磁场来促进液态钎料流动及在母材上的润湿与铺展，促进钎料与母材间的相互扩散，可以有效地改善电阻钎焊连接质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有电阻钎焊技术由于钎料形成的液态熔池保持时间较短，不利于液态钎料在母材表面充分铺展和与母材相互扩散，以及接头易产生缺陷等问题，利用外加磁场辅助的异种材料电磁激励电阻熔-钎焊复合焊接方法和设备，在异种金属材料电阻熔-钎焊过程中，利用励磁线圈在焊接区域产生外加交变磁场，对液态钎料进行辅助电磁搅拌和有序控制，对熔化的液态钎料进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料方向性流动及其在熔点较高金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低金属材料熔化的母材充分地混合，促进钎料与母材间元素、成份的相互扩散及其合金化，提高钎缝成分均匀化程度，减少焊接缺陷，优化钎缝组织与性能，提高电阻钎焊接头质量，并且该设备结构简单，应用灵活，成本较低，效果较佳，易于实现。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

根据工件具体情况和焊接位置，设计形式灵活的励磁线圈；电源经导线向励磁线圈供电，产生频率与强度可调的磁场对熔融态钎料进行辅助电磁搅拌，从而促进液态钎料流动及在母材表面的润湿与铺展，促进钎料与母材间的相互扩散，提高电阻钎焊连接质量。为保证焊接过程的稳定以及调节的可靠性，由单独专用电源向励磁线圈供电，产生的磁场频率与强度根据是可调的，配合电阻钎焊不同工艺条件使用。

具体是异种材料电磁激励电阻熔-钎焊复合焊接方法和设备，A、B异种金属材料连接的电阻熔-钎焊过程中，利用励磁线圈在焊接区域产生外加交变混合磁场控制钎焊的液态钎料进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料有序流动及其在熔点较高的金属材料B表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低金属材料A熔化的母材充分地混合，促进钎料与熔化的母材间元素、成份的相互扩散及其合金化，提高钎焊焊缝成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化钎焊焊缝组织与性能，以提高钎焊接头质量；