[发明专利]一种超声波辅助过渡液相连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波辅助过渡液相连接方法。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是随着航空航天、空间技术、精密制造业的快速发展，使得连接技术也在不断发展和完善。瞬间液相连接技术自被开发以来在弥散强化合金、纤维增强复合材料、异种金属以及新型材料的连接中被大量使用。瞬间液相连接由于变形量小，连接时去除表面氧化膜容易，使其优于扩散连接；瞬间液相连接的接头化学成分、组织结构能够与母材均匀一致，又使其优于钎焊。该技术综合了固相扩散连接和钎焊的优点，可获得优异的接头组织与性能，近年来引起了国内外诸多领域的大量关注，并获得越来越广泛的应用。

瞬间液相连接的原理在母材间加入中间层，在低于母材熔点的温度下进行保温，利用中间层的自身熔化或与母材发生共晶反应在连接界面上形成一定数量的液相，同时由于液相的作用使扩散加速，液相中降低熔点的元素迅速向基体扩散，使得结合界面化学成分明显改变，相平衡中的液相减少，导致在一定温度下保温一段时间结合界面实现等温凝固。经过等温凝固、固相成分均匀化，最后得到与母材化学成分和组织均匀一致的接头并获得连续的接合面组织。1974年DuvailDS首次提出了瞬间液相连接的概念和机理。国内也称其为过渡液相焊或扩散钎焊。瞬间液相连接作为一种新型的精密连接技术，具有变形小、连接温度低、残余应力小、接头强度高等优点，可用于连接难以熔焊的材料，特别是高温合金、形状记忆合金、金属间化合物及复合材料等。

直到目前为止，许多学者已开发处各种过渡液相连接方法，例如活性瞬间液相连接、部分瞬间液相连接、非金属氧化物中间层瞬间液相连接、非夹层瞬间液相连接、温度梯度瞬间液相连接、双温工艺瞬间液相连接、非轴向定压力瞬间液相连接等等，大多数焊接方法需要在真空或惰性气氛下来完成焊接过程。另外焊接过程中所需要的保温时间通常较长，一般需要几十分钟甚至更长。

发明内容

本发明是要解决现有过渡液相连接工艺需要在真空或惰性气氛下完成，并且耗时长的问题，提供一种超声波辅助过渡液相连接方法。

本发明一种超声波辅助过渡液相连接方法如下：一、将待焊母材进行机械打磨和清洗，然后按“待焊母材-中间材料-待焊母材”的顺序组装，得到待焊组件，其中待焊母材与中间层材料具有低熔共晶；二、将超声波工具头垂直施加于待焊组件上，施加压力为0.02～5kN，然后加热，再施加超声波振动1s～10min，完成等温凝固；三：若等温凝固时间大于10min，则继续升温，然后再施加超声波振动1s～10min，完成等温凝固；四、在步骤二或步骤三完成等温凝固后，随炉冷却至室温，即完成。

本发明所提出的超声波辅助过渡液相连接方法，可在大气条件下完成，并能够极大地缩短形成固溶体接头所需要的时间。与普通超声波辅助钎焊(借助超声波在液体中的空化效应完成氧化膜破除)相比，本方法借助超声波在在固体中的声塑性效应实现界面氧化膜的破除，超声波振动能够促使大量的液体挤出，并在空化效应、声流效应以及声塑性效应的综合作用下加速扩散固溶行为，缩短焊接时间，焊缝填充率可达95％以上。

附图说明

图1为实施例1连接过程示意图；

图2为实施例1制备的Mg-Zn-Mg接头组织结构；

图3为实施例2制备的Mg-Zn-Mg接头组织结构。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种超声波辅助过渡液相连接方法如下：一、将待焊母材进行机械打磨和清洗，然后按“待焊母材-中间材料-待焊母材”的顺序组装，得到待焊组件，其中待焊母材与中间层材料具有低熔共晶；二、将超声波工具头垂直施加于待焊组件上，施加压力为0.02～5kN，然后加热，再施加超声波振动1s～10min，完成等温凝固；三：若等温凝固时间大于10min，则继续升温，然后再施加超声波振动1s～10min，完成等温凝固；四、在步骤二或步骤三完成等温凝固后，随炉冷却至室温，即完成。

本实施方式所提出的超声波辅助过渡液相连接方法，可在大气条件下完成，并能够极大地缩短形成固溶体接头所需要的时间。与普通超声波辅助钎焊(借助超声波在液体中的空化效应完成氧化膜破除)相比，本方法借助超声波在在固体中的声塑性效应实现界面氧化膜的破除，超声波振动能够促使大量的液体挤出，并在空化效应、声流效应以及声塑性效应的综合作用下加速扩散固溶行为，缩短焊接时间，焊缝填充率可达95％以上。