[发明专利]一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波点焊方法，具体涉及一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，航空、航天及汽车等制造领域的轻量化设计越来越受到人们的关注，采用轻质金属与硬质金属的异种金属复合结构可以有效地实现轻量化这个目标。普通的机械连接难以满足结构密封性和使用性能的要求，而在采用传统熔化焊方法时，由于轻质金属与硬质金属之间的物理、化学性能差异较大，易形成脆性金属间化合物及气孔、裂纹等焊接缺陷，难以实现良好的冶金结合，从而导致接头性能降低。

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个金属焊件表面，在施加一定静压力的情况下，使两个金属焊件表面相互摩擦而形成分子层之间的结合，从而实现金属焊件间的连接。超声波焊接输出功率低，点焊过程中材料不熔化，属于固相连接方法，有利于抑制金属间化合物生成，同时避免气孔、裂纹等焊接缺陷。但是对于硬质金属，焊接过程中难以实现充分的塑性变形以及原子扩散，无法获得较好的机械结合和冶金结合，接头性能有待提高。

因此，要实现硬质金属和软质金属异种材料之间高质量的可靠连接，必须保证搭接界面处材料充分的接触与结合，从而保证形成高质量的接头。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明的目的是提供一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法，解决了以解决超声波点焊焊接软质金属和硬质金属时难以获得良好的机械和冶金结合从而导致接头结合强度低的问题。

本发明提供了一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法，具体为：

步骤一：对待焊工件表面进行预处理：对搭接表面打磨以去除氧化膜；对打磨表面擦拭以清除油污；

步骤二：对硬质金属搭接表面进行毛化处理，使硬质金属的搭接表面产生均匀分布的细小凹凸结构，增加搭接表面粗糙度；

步骤三：将软质金属和硬质金属组成软质金属在上、硬质金属在下的搭接接头并置于超声点焊机底砧上进行超声波点焊。

进一步地，所述步骤一中，所述工件搭接表面用金相砂纸进行打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮或酒精溶液对打磨表面进行擦拭以清除表面油污。

进一步地，所述毛化处理方式为激光毛化、电子束毛化、电火花毛化、喷砂毛化或喷丸毛化中的一种。

进一步地，所述毛化表面的凹凸高度差为0.1～0.3mm。

进一步地，所述步骤三中，焊接参数为：焊接时间500ms～2000ms，压力0.1MPa～0.5MPa，振幅20μm～50μm。

有益效果：

一、本发明提出硬质金属表面毛化超声波点焊，通过对硬质金属搭接表面进行毛化处理以形成毛化层，增加了软质金属和硬质金属之间的有效接触面积，促进了界面处的冶金反应，更利于形成冶金结合，从而提高接头强度。同等条件下，采用本发明方法获得的超声波点焊接头的拉伸剪切载荷相对比一般超声波点焊接头的拉伸剪切载荷提升了10％～20％。

二、同时毛化层表面凹凸不平，软质金属和硬质金属相互嵌入，促进了机械结合，更加有利于接头强度的提高。

三、工艺操作简单，易于实现，成本低廉。

附图说明

图1是本发明硬质金属表面毛化超声波点焊异种金属搭接点焊接头示意图；

图2是硬质金属搭接表面毛化效果示意图；

图3是焊接过程正面示意图；

图4是图3的俯视图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。