[发明专利]一种基于超声雾化喷射的钎焊新技术

说明书

本发明涉及一种基于超声雾化喷射的钎焊新技术，属于焊接领域和涂层领域。所发明的手持式超声雾化喷射钎焊装置内部，从下往上依次装置有环形压电陶瓷超声发生器、不锈钢振动膜片、可调温加热环、Al₂O₃隔热层、进料导向管等，外部有一支撑导向瞄准装置，可以为钎焊提供定位基准。可调节温度的加热环与超声振动膜片结合形成半封闭腔室，待钎焊材料在腔室内被加热至熔融状态，在超声信号的激励下，熔融钎料被高速喷射至待钎焊位置，由于熔融钎料的体积小，速度快，可以快速地渗入到待钎焊缝隙中形成钎焊效果良好的部件，关闭超声驱动信号和加热电源即可终止其工作。该装置还可以与三维运动平台结合实现精密零件的定点精准钎焊。对于易氧化的钎料，工作时需要惰性气体保护。

技术领域

本发明属于焊接领域，涉及一种基于超声雾化喷射技术、压电技术和钎料熔融控制技术的钎焊新技术。

技术背景

钎焊技术历史悠久，在20世纪以后得到快速发展。机械制造领域的硬质合金刀具、油田钻井的钻具、汽轮机的叶片等都需要钎焊技术；另外电子工业和仪表领域也越来越需要钎焊技术的辅助，Intel的九代酷睿CPU为了得到更好的散热效果也采取了钎焊工艺。钎焊不同于其他的焊接技术，与熔焊相比，钎焊不熔化母体；与压力焊相比，钎焊没有外力的作用。可以焊接同种金属，也可以焊接不同的金属。随着科学技术的不断进步，逐渐演变出多种钎焊技术，最常见的就是烙铁钎焊，常用于小型电路板中电子元器件的焊接，此外还有诸如波峰钎焊、火焰钎焊、浸沾钎焊、感应钎焊、炉中钎焊和真空钎焊等。

目前钎焊存在的主要问题是钎料熔融以后的流动性和润湿性问题，一方面是通过开发新的钎料来改善材料的性能，另外就是改善钎焊工艺来增强钎料的流动性。主流方法就是引入外力如电磁场、超声波或者是电场等来改善钎料的流动性。磁场辅助钎焊存在磁力搅拌力度不足、效果不明显的问题；电场辅助钎焊中电场的引入有利于改善材料界面传质效果，但是单纯的静电场也存在促进介质流动效能较低的问题。常用的超声辅助钎焊方式主要是利用超声与待钎焊工件相连接；或者是超声部分与钎焊头相接，将产生的高频机械振动传导至工件接缝处，去除工件表面的氧化膜，改善熔融状态钎料的流动性，促进钎料在焊缝中的流动。此外超声振动还可以细化晶粒，改善焊缝的机械性能。但是现行的超声辅助钎焊存在功率损耗大，单一超声辅助钎焊还存在加热环境均温性差，易形成“皮下潜流层”，不利于改善材料润湿性的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述钎焊中存在的问题，提供一种基于超声雾化喷射技术的钎焊新方法及相应的装置。

本发明的原理是：在所发明的手持式超声雾化喷射钎焊装置内部，从下往上依次装置有环形压电陶瓷超声发生器、不锈钢振动膜片、可调温加热环、Al₂O₃隔热层、进料导向管等，外部有一支撑导向瞄准装置，可以为钎焊提供定位基准。可调温加热环与开有特制小孔(小孔直径可在数微米至数百微米)的不锈钢振动膜片形成半封闭储液腔，加热环外部有Al₂O₃隔热层进行保护，一是防止热量散失，二是可以保护手持式钎焊装置其他部件不被高温损坏。加热环将进给的钎料加热至熔融状态，此时若不施加超声驱动信号，由于熔融钎料表面张力的存在，钎料不会自行滴落。此时施加超声驱动信号，熔融钎料即可在超声信号的激励作用下以一定的速度喷射出喷口。由于本装置喷射出的熔融状态的钎料具备一定的动能，且尺寸仅在微米级别，可以非常容易地喷射进入到焊缝中，并且在动能的作用下，撞击到待钎焊工件上可以有效改善其润湿性不足以及虚焊的问题，该工作方式不同于常规的钎焊机理。对于易氧化的钎料，可在保护性气氛中开展工作。停止施加超声信号，即可停止喷射，终止工作只需关闭加热电源和超声驱动信号。

本发明的特点如下：

1.本发明的超声雾化喷射钎焊新方法是基于超声雾化喷射的原理，熔融的金属钎料在超声的作用下具备一定的动能，以一定的速度喷射至待钎焊缝隙中，通过控制喷头与工件的相对运动，即可获得具有特定焊接区域的工件。