[发明专利]一种超声波与电磁脉冲复合焊接装置及复合焊接方法

说明书

本发明公开了一种超声波与电磁脉冲复合焊接装置及复合焊接方法，复合焊接装置包括：装置机座、复合焊接组件和焊件夹持装置；所述复合焊接组件安装在装置机座的工作台的上方，焊件夹持装置安装在工作台上，焊件夹持装置能升降；复合焊接组件包括控制箱、超声波换能器、变幅杆和焊头；超声波换能器的上端安装在控制箱的内部，超声波换能器的下端连接变幅杆，变幅杆的下端连接焊头，焊头内置电磁线圈；该复合焊接方法先利用超声波能量对两块焊接板件的焊接部位进行超声软化和去除氧化膜，再对焊接部位施加电磁线圈产生的瞬时高压电磁力，使焊接部位焊合成型。该复合焊接装置能满足异种材质板件的焊接要求，该复合焊接方法能提高焊接部位的稳定性。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种超声波与电磁脉冲复合焊接装置及复合焊接方法。

背景技术

焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接通过下列三种途径达成接合的目的：其一，熔焊，加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力；其二，压焊，焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工；其三，钎焊，采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件，适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。焊接又可以分为固态焊接和融化焊接。融化焊接在焊接轻金属时容易造成裂纹、气孔、收缩腔、空隙等，热影响区较大，导致焊接质量不稳定，焊接的残余应力较大，降低材料刚度和疲劳寿命。而固态焊接尤其是超声波焊接和电磁脉冲焊能够有效避免缺陷的生成。因此随着工业的发展，超声波焊接技术和电磁脉冲焊接技术逐渐兴起并快速发展。

超声波焊机是通过高频的机械振动（20kHz~50kHz）和恒定的静压力使焊接工件的界面受到较大的剪切力，使材料尤其是材料的焊接界面产生塑性变形，焊接界面将在较短的时间内急速升温，从而使工件达到固相连接的状态。研究发现超声波能促使原子运动加速，形成更多的空穴，促使金属熔点降低，具有超声软化的功能。而且超声波焊接时间短，能量利用率高，对环境比较友好，是轻金属焊接的理想焊接方式。但目前超声波焊接只能焊接厚度为3mm以下的材料，而且焊接的强度相对较低，目前适合焊接丝、箔、片等细薄件。

电磁脉冲焊接技术是利用高压电磁力在瞬间产生的撞击，使两焊件焊合的一种新型焊接法，焊接过程在瞬时完成、无污染，可进行异种金属及金属与非金属的焊接，焊接强度较高；但是，电磁脉冲焊接技术要求清理焊接工件的表面，避免工件表面的吸附层或氧化层对焊接质量的影响，焊接对工件的厚度也有一定的要求，比较适宜焊接Al与Al材，Cu与Cu板，但Mg与Cu、Mg与Fe的焊接较为困难。

结合现有技术，超声波焊接技术和电磁脉冲焊接技术在焊接同种或异种材质工件时存在缺陷，这两种焊接方法分别对焊接工件的材质有要求，适用范围受到限制。然而超声波焊接与电磁脉冲焊接相结合的焊接技术，既能够利用超声软化和去除氧化膜的功能，又能利用电磁脉冲焊超强的焊接性能，保证焊接质量，使焊接件大规模的适用于运输行业。同时，由于超声软化的作用，使焊接能量的利用率会得到提高，节约了能源。此外，现有的焊接装置在对焊接工件的夹持固定方面存在缺陷，焊接时不夹持工件容易导致工件偏移，从而影响焊接质量。

发明内容