[发明专利]一种低温超声辅助镁合金焊接的方法

说明书

本发明公开了一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，包括以下步骤：本焊接方法包括待焊接母材及中间反应材料层，待焊接母材选用镁合金或镁基复合材料，中间反应材料层选用锌箔；将待焊接母材的待焊接面进行机械打磨和超声清洗；然后按照上下层为待焊接母材，中间层为中间反应材料层；将超声工具头向待焊组件施加压力，压力值为0.1‑0.2MPa，然后温度加热至365‑375℃，焊接超声波振动105‑129秒，进行等温凝固；完成等温凝固后，冷却至室温。整个焊接过程能够在大气条件下完成，缩短等温凝固的时间，接头剪切力度强。

技术领域

本发明涉及超声焊接技术领域，尤其是涉及一种低温超声辅助镁合金焊接的方法。

背景技术

镁合金作为最轻的金属工程结构材料，具有密度低、比强度和比模量高、散热性好、降噪减振、电磁屏蔽与抗辐射能力强等特性，而且尺寸稳定性高、易切削加工、易回收且价格低廉，被誉为21世纪的新型绿色环保工程材料。可靠而高效的连接技术在推动材料的发展和应用过程中发挥着重要作用。对于某些镁合金构件来说，钎焊、扩散焊等连接方法具有尺寸精度高、可设计性强、特别是在复杂的大面积构件的焊接中具有突出的优势。

目前现有技术的焊接包括钎焊、扩散焊和过渡液相扩散连接等焊接方法。

钎焊存在接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎料价格较贵等问题。另外，钎焊中存在一个重要问题是钎料表面的氧化膜层很难被去除。这层氧化膜的存在阻碍了液态钎料与待焊接母材的待焊接面的接触、润湿，从而难于形成有效的连接。

扩散焊存在对待焊接面要求严格焊接热循环时间长，生产率低设备一次性投资较大，且待焊接母材的尺寸受到设备的限制，无法进行连续式批量生产。

过渡液相扩散连接均需要在真空环境下完成，并且所需的连接温度较高和连接时间相对较长，且所获接头的力学性能相对待焊接母材而言偏低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，在大气环境中完成整个超声焊接过程，极大限度地缩短等温凝固的时间，所需加热温度相对较低，焊接时间短，所获得的接头力学性能强，降低工艺复杂性，降低焊接成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种低温超声辅助镁合金焊接的方法，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；