[发明专利]一种低温超声辅助镁合金焊接的方法

权利要求书

1.一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

表面处理步骤，待焊接母材仅限于镁合金或镁基复合材料，将待焊接母材的待焊接面进行机械打磨和超声清洗；

焊接前组装步骤，选用薄状或片状的锌箔作为中间反应材料层，将中间反应材料层夹持在上下两个待焊接母材的焊接界面，形成一待焊组件；

上机固定步骤，将待焊组件放置在超声焊接设备的加工平台，并使超声工具头压紧在待焊组件的上部；将超声工具头向待焊组件纵向方向施加压力，压力值为0.1-0.2MPa；

加载超声及感应加热步骤，通过超声工具头将焊接超声波传导至待焊组件，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，同时通过感应加热设备加热待焊组件，感应加热设备功率控制在4-6kW，感应加热设备频率控制在200-250kHz；

中间反应材料层消失步骤，将待焊组件温度加热至335-345℃，通过超声工具头对待焊组件超声作用，使中间反应材料层与待焊接母材在超声及温度作用下产生反应，中间反应材料层反应后消失，在上下待焊接母材的焊接界面形成化合物层及溶固体层后，超声工具头停止作用，其中，溶固体层包括第一层和第二层，第一层为Zn原子向待焊接母材内部的固态扩散层；第二层为焊缝液态金属凝固过程中析出的α-Mg(Zn)晶粒；

富镁变化步骤，将待焊组件温度加热至365-375℃，超声工具头再次对待焊组件超声作用，焊缝液态金属达到富Mg的亚共晶成分，α-Mg(Zn)相依附于待焊接母材析出并长大；

共晶变化步骤，通过超声工具头对待焊组件超声作用，将待焊组件温度降至335-345℃，焊缝液态金属发生共晶反应：L→Mg51Zn20+MgZn；

无共析冷却步骤，待焊组件温度下降至295-305℃时，待焊组件中的Mg和Zn原子被限制移动；

完成焊接组件步骤，得到焊接成品。

2.根据权利要求1所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：所述中间反应材料消失步骤，所述超声工具头对所述待焊组件超声作用1-3秒，所述中间反应材料层与所述待焊接母材在超声及温度作用下产生反应，中间反应材料层反应后消失；

所述富镁变化步骤，待焊组件温度加热至365-375℃，在超声工具头对待焊组件继续超声作用100-125秒，焊缝液态金属达到富Mg的亚共晶成分，α-Mg(Zn)相依附于待焊接母材析出并长大；

所述共晶变化步骤，待焊组件温度降到335-345℃，在超声工具头对待焊组件继续超声作用2-3秒，焊缝液态金属发生共晶反应：L→Mg51Zn20+MgZn；

所述无共析冷却步骤，待焊组件在1-3秒内温度下降至295-305℃，待焊组件中的Mg和Zn原子被限制移动。

3.根据权利要求2所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：所述富镁变化步骤，所述待焊组件温度加热至365-375℃，在所述超声工具头对待焊组件继续保持超声作用100-125秒后，超声工具头停止超声作用；

所述共晶变化步骤，将待焊组件温度降至335-345℃，超声工具头对待焊组件重新启动超声作用，超声作用时间为2-3秒。

4.根据权利要求1所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：所述中间反应材料层大于所述待焊接母材的焊接界面。

5.根据权利要求1所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：在所述焊接前组装步骤中，所述锌箔选用纯锌制成的锌箔，锌箔的厚度为45-55μm。

6.根据权利要求1所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：在所述表面处理步骤中，对所述待焊接母材的所述待焊接面进行打磨，选用1000-1500目的砂纸对待焊接面进行打磨。

7.根据权利要求1所述的一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，其特征在于：在所述表面处理步骤中，所述待焊接母材放置于浓度为90-100％丙酮溶液中并使用清洗超声波进行超声清洗，超声清洗时间为10-20分钟。