[发明专利]一种微小型超硬刀具超声辅助高频钎焊方法及装置

说明书

本发明涉及一种微小型超硬刀具超声辅助钎焊方法及装置，焊接方法是首先对刀头和刀柄精准装夹，然后打开测量装置，接着启动超声振动子，并在超声辅助作用下进行高频钎焊，最后关闭整个装置并取下焊接完成的超硬刀具。微小型超硬刀具超声辅助钎焊装置由装夹装置、测量装置、超声辅助装置和高频钎焊装置四部分组成，通过装夹装置对刀柄和刀头进行精准装夹，测量装置进行温度和压力实时测量，并利用超声辅助下高频钎焊技术来改善微小型超硬刀具钎焊质量，其结构简单、操作方便，大大提高了微小型超硬刀具的焊接性能。

技术领域

本发明涉及一种针对微小型超硬刀具高质量焊接方法及装置，具体涉及一种针对微小型超硬刀具的硬质合金刀柄与超硬材料刀头超声辅助高频钎焊的方法及装置，属于焊接领域。

背景技术

微小零件广泛应用在航空、航天、船舶、兵器和医疗器械等国家重要行业，微型超硬刀具因其可加工材料广泛、材料去除率高、加工精度高等特点，已成为加工微小零件的主要手段。目前，由于超硬材料价格昂贵，超硬刀具刀柄一般采用硬质合金制造，而刀头部分则使用如PCD、CBN等超硬材料，再利用焊接技术将刀头与刀柄进行焊接。微小型超硬刀具刀柄与刀头部分焊接面积非常小，直径仅为0.5-3mm，造成微小型超硬刀具焊接非常困难，且其焊接质量关系着后续刀具刃磨以及刀具的最终使用性能，已成为制约微小型超硬刀具发展的关键因素。

目前，高频钎焊技术凭借着加热速度快、对环境污染小等优点成为了微小型超硬刀具焊接的主要方法，但高频焊接作为一种局部快速加热和冷却的过程，导致作为焊剂的金属凝固结晶不均匀，且焊接区域容易产生气孔、裂纹等缺陷，影响超硬刀具的焊接性能，进而影响后续超硬刀具的使用性能。因此，微小型超硬刀具焊接过程中获得组织均匀、晶粒细化、无缺陷的焊接区域是提高超硬刀具整体性能的关键因素。

发明内容

本发明的目的就是致力于解决上述问题，提出一种微小型超硬刀具超声辅助高频钎焊方法及装置。利用超声辅助下的周期交变声场而产生的一系列独特的力学效应、热效应、空化效应等，来改变高频钎焊过程的凝固晶体状态，改善组织结构、减少凝固缺陷，提高焊接的力学性能。

实现本发明的技术方案如下：

一种用于微小型超硬刀具超声辅助钎焊装置，其特征在于，包括基座、支撑座、超声振动子、刀柄座、刀柄、高频感应加热电源、紫铜管线圈、刀头焊接片、刀头座、压力传感器、压头、压头升降丝杠、伺服电机、立柱、红外测温仪、功率放大器、超声波放大器、刀柄弹簧夹头、银焊片、焊料、刀头弹簧夹头。

其中：支撑座和立柱均固定在基座上；装夹装置包括实现刀柄装夹的刀柄座和刀柄弹簧夹头，实现超硬刀头装夹的刀头座和刀头弹簧夹头；测量装置包括安装在立柱上的红外测温仪和安装在刀头座上的压力传感器，其中焊接过程的压力是通过控制立柱上的伺服电机，来驱动压头升降丝杠，带动压头实现的；高频焊接装置包括高频焊接电源和紫铜线圈；超声振动装置包括：超声波发生器、功率放大器和超声振动子，其中超声振动子被支撑座固定在基座上，超声波发生器、功率放大器和超声振动子通过导线进行连接。

本发明所述的一种微小型超硬刀具超声辅助钎焊方法，其主要包括如下步骤：

步骤S1：当对超硬刀具进行焊接时，超硬材料刀头部分由刀头弹簧夹头夹紧，硬质合金刀柄部分由刀柄弹簧夹头夹紧，在刀柄端面放置适量焊料和焊剂。

步骤S2：打开红外测温仪和压力传感器开关，并调整红外测温仪测量位置，保证其测量区域在焊接位置；通过调整伺服电机，驱动压头升降丝杠，从而控制对焊接处施加的压力大小。

步骤S3：打开超声波发生器和功率放大器，超声振动子开始工作，改善焊接区域焊剂和焊料融化后的组织结构、减少焊接缺陷。

步骤S4：当超硬刀具处在超声振动作用下，启动高频感应电源，紫铜管线圈产生感应磁场，使得银焊片和焊料升温融化，并在超声辅助作用下，充分润湿硬质合金刀柄、减少焊接区域气泡的产生、改善焊接区组织结构和减少焊接缺陷。