[发明专利]一种获全固溶体接头的低温超声辅助铝合金焊接的方法

说明书

本发明公开了一种获全固溶体接头的低温超声辅助铝合金焊接的方法，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，待焊接母材选用铝合金或铝基复合材料，中间反应材料层选用纯锌箔；将待焊接母材的待焊接面进行机械打磨和超声清洗；然后按照上层和下层均为待焊接母材，中间反应材料层放置于两个待焊接母材之间；将超声工具头向待焊组件施加压力，压力值为0.1‑0.2MPa，然后中间反应材料层的温度升温至450‑480℃，焊接超声波振动80‑90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，获得全固溶体接头，接头剪切力度强。

技术领域

本发明涉及铝合金及铝基复合材料的超声焊接技术领域，尤其是涉及一种获 全固溶体接头的低温超声辅助铝合金焊接的方法。

背景技术

铝合金为典型的轻质材料，具有密度低、比强度和比刚度高等特性，其加工 和应用可以在保证机械性能的基础上，降低机械结构的质量，从而实现结构件的 轻量化。因而广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、电子等领域，实现零部件 减重的目的。

轻质材料结构件的高性能制造离不开成熟的焊接技术作支撑。而目前的轻质 合金焊接技术如各种熔化焊、钎焊和真空过渡液相扩散焊接(transient liquid phasebonding，TLP焊接)等，存在焊接温度偏高、母材易软化、氧化膜难以去除、接 头力学性能普遍较低等各自的不足。因此，进一步探索新型的绿色、高效、高性 能焊接新方法、新工艺迫在眉睫。

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获全固溶体接头的低温 超声辅助铝合金焊接的方法，在低于母材熔点的温度下进行焊接，而且在较短时 间内获得高性能无脆化倾向的全固溶体接头组织。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种获全固溶体接头的低 温超声辅助铝合金焊接的方法，包括待焊接母材和中间反应材料层，包括以下步 骤：

中间反应材料层筛选步骤，条件一，中间反应材料层的熔化温度低于待焊接 母材的熔点195-205℃，或中间反应材料层与待焊接母材主要元素之间的共晶温 度低于待焊接母材熔点150-300℃，条件二，中间反应材料层与待焊接母材主要 元素之间的固溶度最大值至少达到10％，条件三，中间反应材料层主要元素与待 焊接母材中的原子半径差最大不超过50pm，条件四，中间反应材料层主要元素 与待焊接母材之间的电极电位差至多在-0.8V以内，中间反应材料层至少满足以 上四个条件中的三个条件根据以上条件，待焊接母材为铝合金，选用中间反应材 料层为纯Zn箔；

表面处理步骤，待焊接母材仅限于铝合金或铝基复合材料，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，选用膜状或片状的纯Zn箔作为中间反应材料层，将中间 反应材料层夹持在两个待焊接母材之间的待焊接面，中间反应材料层与待焊接母 材的待焊接面接触形成接触面，待焊组件组装完成；

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；