阅读说明：本技术 一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法 (Ultrasonic vibration-based molten pool auxiliary fusion brazing method ) 是由 刘积厚 牛红伟 王江涛 卢雅琳 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于焊接技术领域,具体涉及一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法,具体包括：(1)对待焊母材的待焊区域进行表面清理,然后以搭接或对接形式固定在工作台上,调整搭接区域或调整对接间隙；(2)调节焊枪的焊丝位于待焊母材的搭接区域的正上方或对接间隙的中心位置,再调节超声头的金属探针位于焊丝的后方,并保证所述金属探针位于焊接的熔池中；(3)先启动超声装置,随后启动焊枪,进行焊接。本发明方法通过将超声振动作用于熔池中的方式,促进熔钎焊过程中钎料的润湿性,改善接头组织,和界面金属间化合物形貌及分布,最终实现异种金属间的高质量连接。(The invention belongs to the technical field of welding, and particularly relates to an ultrasonic vibration molten pool-based auxiliary fusion brazing method, which specifically comprises the following steps: (1) cleaning the surface of a to-be-welded area of a to-be-welded base metal, fixing the to-be-welded area on a workbench in an overlapping or butt joint mode, and adjusting the overlapping area or the butt joint gap; (2) adjusting a welding wire of a welding gun to be positioned right above a lap joint area of a base metal to be welded or at the center of a butt joint gap, adjusting a metal probe of an ultrasonic head to be positioned behind the welding wire, and ensuring that the metal probe is positioned in a welding pool; (3) the ultrasonic device is started first, and then the welding gun is started to weld. The method of the invention promotes the wettability of the brazing filler metal in the process of melt brazing, improves the joint structure and the appearance and distribution of interface intermetallic compounds by acting ultrasonic vibration on a molten pool, and finally realizes high-quality connection between dissimilar metals.)

一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法。

背景技术

在焊接工艺中，影响焊接接头性能的主要问题在于，焊接过程中较大的热输入使焊缝中存在大量粗大晶粒，同时熔合区附近也会产生粗大的晶粒组织。晶粒粗化往往会降低接头的强度，塑韧性等，最终无法满足使用要求，减少接头服役时间。因此，细化焊缝组织一直是焊接领域着重解决的问题。

除此之外，为了减轻重量，节约能源、降低成本、满足不同的工作条件，异种材料的轻量化结构件日益受到人们的重视。利用熔点低、密度小的金属，如铝合金和镁合金，替代原有的高熔点的不锈钢、铜合金和钛合金等可大大减轻结构件重量，在重型装备轻量化方面具有良好的应用前景。对熔点差异较大的两种金属进行焊接时，如果二者都处于熔化状态，焊缝将生成大量脆性的金属间化合物，使接头性能无法满足要求。研究发现，通过严格控制焊接热输入，在焊接过程中，保证低熔点金属熔化，而高熔点金属不熔化，促使熔化的低熔点金属与固相的高熔点金属通过润湿铺展、界面冶金反应连接到一起，这种结合形式兼有熔焊和钎焊的特点，称为熔-钎焊。接头形式一般为搭接或对接形式。尽管熔钎焊工艺已经明显改善了接头性能，但是熔融金属在高熔点金属表面的润湿性问题，钎缝内气孔缺陷、熔合区组织粗化，以及界面之间产生的脆性金属间化合物仍然在一定程度上限制了接头性能的进一步提高。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术中熔钎焊存在的焊缝性能差的问题，本发明提供一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法，该方法通过将超声振动作用于熔池中的方式，促进熔钎焊过程中钎料的润湿性，改善接头组织，和界面金属间化合物形貌及分布，最终实现异种金属间的高质量连接。

本发明的技术方案如下：

一种基于超声振动熔池辅助熔钎焊的方法为，在熔钎焊过程中，对熔池或熔池/待焊母材施加超声波振动，具体包括如下步骤：

(1)对待焊母材的待焊区域进行表面清理，然后以搭接或对接形式固定在工作台上，调整搭接区域或调整对接间隙；

(2)调节焊枪的焊丝位于待焊母材的搭接区域的正上方或对接间隙的中心位置，再调节超声头的金属探针位于焊丝的后方，并保证所述金属探针位于焊接的熔池中；

(3)先启动超声装置，随后启动焊枪，进行焊接。

优选地，所述待焊母材为同种金属板材或异种金属板材。

优选地，所述待焊母材为同种金属板材时，均为低熔点金属板材；所述待焊母材为异种金属板材时，分别为低熔点金属板材和高熔点金属板材。

优选地，所述低熔点金属为铝合金或镁合金，所述高熔点金属为不锈钢、铜合金或钛合金。

优选地，所述金属探针为钨合金或钼合金。

优选地，所述超声振动的方向为纵向振动，且垂直于待焊母材的表面。

优选地，所述待焊母材以搭接形式固定，所述超声头的金属探针位于待焊母材上方的熔池中。

优选地，所述待焊母材以对接形式固定，所述超声头的金属探针位于待焊母材的下方熔池中或上方熔池中。

优选地，所述超声头的金属探针位于待焊母材的下方熔池中时，超声振动同时作用于熔池和待焊母材。

本发明的有益效果：

针对现有熔钎焊技术存在的问题，如熔融金属在高熔点金属表面的润湿性问题和界面之间产生的脆性金属间化合物等，限制了焊接头性能的进一步提高，本发明提供了一种超声振动熔池辅助熔钎焊的方法，该方法利用熔池中的超声效应及母材表面的超声机械振动减弱了焊缝残余应力，促进了熔钎焊过程中熔融金属在固相母材表面的润湿行为，改善了界面金属间化合物的形貌和分布，同时细化了焊缝凝固组织，去除钎缝内气孔残留，最终使接头性能得到了明显提高。

附图说明

图1为本发明实施例1中超声振动辅助熔池MIG搭接熔钎焊示意图；

图2为本发明实施例2中超声振动辅助熔池MIG对接熔钎焊示意图；

图3为本发明实施例3中超声振动辅助熔池和待焊母材铝合金板对接熔钎焊示意图；

图4为本发明实施例3中的超声头的结构示意图。

图中，1-不锈钢板；2-铝合金板；3-超声头；31-金属探针；4-焊枪；41-焊丝。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细的说明，但并不限于此。

实施例1

结合图1，一种超声振动熔池辅助熔钎焊的方法，包括如下步骤：

(1)对不锈钢板1和铝合金板2(待焊母材)的待焊区域进行表面清理，去除表面氧化物和杂质，随后将二者构成搭接形式固定在工作台上，铝合金板2在上，不锈钢板1在下；

(2)调节固定焊枪4(本实施例为MIG焊枪)使焊丝41位于铝合金板2搭接区域的边缘正上方，随后调节超声头3使金属探针31位于焊丝41的正后方，并保证金属探针31在焊接时位于熔池中；

(3)首先启动超声装置，随后启动焊枪4，开始焊接；当启动焊枪4后，所述焊枪4与所述金属探针31同时向前移动；焊接结束时，先关闭焊枪4，随后关闭超声装置，取出金属探针31。

实施例2

结合图2，一种超声振动熔池辅助熔钎焊的方法，包括如下步骤：

(1)对不锈钢板1和铝合金板2(待焊母材)的待焊区域进行表面清理，去除表面氧化物和杂质，随后将二者构成对接形式固定在工作台上，所述不锈钢板1和铝合金板2在对接区域均开设坡口；

(2)调节固定焊枪4(本实施例为MIG焊枪)使焊丝41位于对接区域内(即焊缝中)，随后调节超声头3使金属探针31位于焊丝41的正后方，并保证金属探针31在焊接时位于熔池中。

(3)首先启动超声装置，随后启动焊枪4，开始焊接；当启动焊枪4后，所述焊枪4与所述金属探针31同时向前移动；焊接结束时，先关闭焊枪4，随后关闭超声装置，取出金属探针31。

实施例3

结合图3，一种超声振动熔池辅助熔钎焊的方法，包括如下步骤：

(1)对开坡口的两块铝合金板2(待焊母材)的待焊区域进行表面清理，去除表面氧化物和杂质，随后将两个所述铝合金板2构成对接形式固定在工作台上，调整对接间隙，保证金属探针31刚好进入；

(2)调节固定焊枪4(本实施例为MIG焊枪)使焊丝41位于对接区域内(即焊缝中)，调整超声头3位置，所述超声头3的端部为U形，且U形端部为曲面，并使所述超声头3的U形端部的曲面接触在两侧铝合金板2的下表面，给超声头3施加向上的力，以保证其运动过程中始终接触两侧的铝合金板2；同时使超声头3上的金属探针31位于焊丝4的后方，保证所述金属探针31在焊接中位于熔池内。

(3)首先启动超声装置，随后启动焊枪4，开始焊接；当启动焊枪4后，所述焊枪4与所述金属探针31同时向前移动；焊接结束时，先关闭焊枪4，随后关闭超声装置，取出金属探针31。

本发明利用熔池中的超声效应及母材表面的超声机械振动减弱了焊缝残余应力，细化了焊缝组织，消除了焊缝中气孔等缺陷，同时提高了熔钎焊工艺中液态金属在不锈钢表面的润湿性，改善了界面Fe-Al金属间化合物的形貌及分布，最终使接头性能得到了明显提高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。