[发明专利]异种金属超声波辅助共晶反应钎焊方法

说明书

本发明涉及一种异种金属超声波辅助共晶反应钎焊方法，属于异种材料焊接技术领域。通过添加锌中间层进行镁合金和铝合金的超声波焊接，成功避免了Mg‑Al系金属间化合物的产生，提高了接头的焊接质量和强度。调节合适的焊接工艺参数对工件进行施焊，研究不同工艺参数对接头剪切强度的影响。调整的工艺参数为：焊接能量0～9999J，焊接振幅60%～100%，焊接静压力0～0.65MPa。通过上述参数调节，可实现0.1mm镁合金薄板与0.1mm铝合金薄板异种材料连接，保证焊接接头变形小，成形好，无裂纹、气孔等焊接缺陷。当焊接能量为1700J、焊接振幅为95%、焊接静压力为0.4MPa时，接头剪切强度达到最大，为57.62MPa，与未添加中间层的Mg/Al超声波焊接工艺相比，接头强度提高了89.66%。

技术领域

本发明涉及异种材料连/焊接技术领域，特别涉及一种异种金属超声波辅助共晶反应钎焊方法。

背景技术

随着科学技术和工业技术的飞速发展，在汽车工业的推动下，生产轻量化、环保化、节能化的需求日益增加，采用铝合金和镁合金代替钢板材料的焊接，结构重量可以减轻50%以上，因此镁合金/铝合金复合构件是实现零部件减重的重要途径，实现镁合金/铝合金异种金属的焊接，获得牢固可靠的焊接接头，也越来越受到人们的高度重视。

由于镁合金和铝合金的物理化学性质具有很大的差异，且都极易氧化，焊接过程中易形成大量的脆性金属间化合物，易产生孔穴、裂缝、夹杂、未焊合等焊接缺陷，因此镁合金/铝合金的焊接性较差，采用传统的熔焊方法很难得到性能优异的接头。目前，Mg/Al异种金属连接常用的方法是激光焊、电阻焊、搅拌摩擦焊以及超声波焊接。但是无论采用哪种方法，都无法避免铝镁的直接接触产生硬脆的Mg-Al系金属间化合物，造成接头产生脆断的倾向增大，极大地恶化了接头质量。因此，相关研究人员指出通过添加中间层来阻止Mg、Al母材的直接接触，以减少脆性金属间化合物的产生。同时，在焊接热作用下，中间层在Mg、Al界面间熔化铺展，增加焊接接头的融合面积，从而达到提高焊接接头力学性能的目的。

目前，添加中间层的Mg-Al异种金属的超声波焊接研究主要集中在镀层、添加锡箔对接头性能的影响，而对添加锌中间层的鲜有报道。基于Mg和Zn晶体结构相似，易发生互扩散且焊后残余应力较小；Al和Zn可以以任意比例无限互溶，不会形成脆性金属间化合物，因此通过添加锌中间层，优化焊接工艺参数促进Mg、Zn、Al的冶金反应提高接头力学性能的技术思路是可行的。研究开发镁合金与铝合金异种金属材料连接技术在航空航天、汽车工业等领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异种金属超声波辅助共晶反应钎焊方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过采用锌箔作为中间层，通过超声波焊接工艺在焊接静压力和超声波高频振动的共同作用下实现镁合金与铝合金的高质量、高效率焊接。基于Mg/Zn箔/Al界面反应机理、界面温度对反应动力学的影响规律及界面反应产物的性质，通过优化焊接工艺参数促进界面冶金反应，抑制镁铝之间形成脆性金属间化合物，解决现有技术存在的上述问题和不足，填补行业空白。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

异种金属超声波辅助共晶反应钎焊方法，包括如下步骤：

（1）焊前预处理：

中间层预处理：使用1000#砂纸将锌中间层的表面打磨至光亮，再将表面光亮的锌中间层置于丙酮中，再在超声功率为100W~120W的超声波清洗仪中清洗5min~10min，温度为20~25℃，取出吹风机吹干，确保待焊区域无金属氧化膜、油污及水分，得到处理后的中间层；

母材预处理：依次使用240#、600#、800#和1000#砂纸将镁合金和铝合金的表面打磨至光亮，再将表面光亮的镁合金和铝合金置于丙酮中，再在超声功率为100W~120W的超声波清洗仪中清洗10min~15min，温度为20~25℃，取出吹风机吹干，确保待焊区域无金属氧化膜、油污及水分，得到处理后的镁合金和铝合金；

（2）接头形式：