变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法
【专利摘要】一种变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，包括如下步骤：①对变形锌合金零部件的待焊表面进行表面平整处理、去氧化膜处理及清洁度处理；②将两块独立的变形锌合金零部件在焊接位预先对接并置于单匝的感应线圈的中间，使感应线圈围绕变形锌合金待焊面布置；超声振动源置于其中一块变形锌合金零部件底部；③启动超声振动源，启动感应加热设备使感应线圈工作。与现有技术相比：本发明有机结合感应钎焊和超声振动的钎焊方法，可以有效提高焊接强度。同时具有自动化程度高、钎焊温度控制较精确的优点。
【专利说明】变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变形锌合金零部件的焊接方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着世界性铜资源的日益匮乏，国内外电解铜价格连续上扬且居高不下致使铜产品原材料厂商和铜制品制造成本不断上升而失去市场竞争力，迫切需求一种低成本高性能的合金来实现某些领域铜合金的替代。变形锌合金就是针对上述现象而开发的一种新型合金材料。它能够替代部分黄铜零部件用于汽车、家电、卫浴、计算机等领域，为相关企业降低生产成本提高市场竞争力奠定了良好的基础。
[0003]变形锌合金可采用电阻对焊、火焰钎焊、感应钎焊等方法实现连接。这些方法虽然在某些领域可以满足生产和产品的要求，但针对某些产品(直径大于O 20_)还存在一些不足，需要开发和应用一些新的焊接技术及方法。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法。
[0005]本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种自动化程度高、钎焊温度控制较精确的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法。
[0006]本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种有机结合感应钎焊和超声振动的钎焊方法，可以有效提高焊接强度。
[0007]本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种特别适合焊接面积大于314mm2的变形锌合金工件制品的钎焊方法。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于包括如下步骤:
[0009]①对变形锌合金零部件的待焊表面进行表面平整处理、去氧化膜处理及清洁度处理；
[0010]②将两块独立的变形锌合金零部件在焊接位预先对接并置于单匝的感应线圈的中间，使感应线圈围绕变形锌合金待焊面布置，并且，变形锌合金与感性线圈间距保持在5?10_ ;超声振动源置于其中一块变形锌合金零部件底部；
[0011 ] ③启动超声振动源，启动感应加热设备使感应线圈工作。
[0012]进一步，将两块独立的变形锌合金零部件在焊接位上下叠合时，并保持目测无缝隙状态。
[0013]作为优选，所述的感应线圈采用直径为6mm,壁厚为Imm的铜管材。
[0014]作为优选，步骤②所述的变形锌合金零部件的焊接位与感应线圈的中心保持在同一水平面上。
[0015]作为优选，步骤③中所述超声波振动源的频率为80KHz。[0016]作为优选，步骤①中所述表面平整处理采用锉刀或砂纸。
[0017]作为优选，步骤①中所述清洁度处理包括化学溶剂清洗、超声波净化清除、锉刀、砂纸及纱布处理。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0019]本发明是有机结合感应钎焊和超声振动的钎焊方法，其中，超声波焊是利用超声频率(超过16KHz)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等的特殊焊接方法。金属超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件引入高温热源，只是在静压力下将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及随后有限的温升，接头间的冶金结合是在母材不发生熔化的情况下实现的，是一种固态焊接。
[0020]感应钎焊是将工件置于感应线圈产生的交变磁场中，由此而产生的感应电流将工件加热，使钎料熔化，通过熔融的焊料液体对被焊工件表面的溶解，和工件表面成分对熔融焊料的扩散而使被焊工件形成冶金结合的、工件本身不熔化的一种焊接方法。
[0021]感应钎焊可分为中频(500Hz?10000Hz的电流频率)钎焊和高频(IOOKHz?5000KHZ的电流频率)钎焊。频率高，电流渗入深度浅、工件表面加热速度快，但感应频率越高，交流电的集肤效应越明显，加热的厚度越薄，工件内部只能依靠表层向内部的导热来加热，加热不均匀程度增大。此外，电流渗透深度又与材料的电阻率和磁导率有关。电阻率越大，电流的渗透深度越深，表面效应越小。磁导率越小，电流的渗透深度则越大。一般情况下，黑色金属感应钎焊时使用不低于IOKHz的高频感应电流。铜和铝等有色金属的磁导率较小，电流渗透深度较小，感应钎焊时采用较低的频率和较大的功率。
[0022]超声波辅助感应钎焊技术是综合了感应钎焊和超声波焊接的原理，利用感应加热的方法使工件局部加热，钎料熔化；利用超声波振动特点促使熔融的钎料迅速填满待焊表面，促进完成钎料对待焊表面金属元素的溶解和待焊表面金属元素对熔融钎料的扩散，提高钎料对工件的润湿，从而实现被焊工件的冶金结合。
[0023]超声波辅助感应钎焊技术还利用超声波振动的特点减少了焊缝金属成分的偏析，同时还可有效的去除钎料/母材界面的氧化膜，实现两者良好的润湿结合。
[0024]与变形锌合金的对焊技术相比，本发明针对的是变形锌合金制品的焊接，而对焊技术针对的是生产过程中线材拉拔过程的焊接，目的不同，无可比性。
[0025]与变形锌合金制品的火焰钎焊技术相比，本发明自动化程度较高，钎焊温度控制较精确，有利于产品的批量生产，对操作工人的技能技术要求较低。
[0026]与变形锌合金制品的感应钎焊相比，增加了超声振动系统，有利于钎料对母材的润湿、铺展，减少焊缝金属成分的偏析，提高了焊接强度，增加了制品的使用可靠性。
[0027]试验证明:本发明特别适合于大面积(断面大于314mm2)变形锌合金制品的焊接。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为实施例1钎焊时剖面状态示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0030]变形锌合金制品的超声波振动辅助感应钎焊工艺，该工艺包括待焊制品表面需平整、清洁处理，根据制品待焊表面形状设计制作匹配的线圈形状，线圈内壁需保持与工件5~10 (mm)的间距。所述表面平整处理，可采用机械加工、锉刀、砂布(纸)等方法实施；所述表面清洁处理可用化学溶剂清洗或超声波净化方法实施；经清洁处理的待焊制品不允许遗留残渣或氧化膜粉屑，清洁后的表面也不准用手摸和再污染，待焊工件一经清洁应尽快施焊。
[0031]所述表面平整度要求:一般来说对待焊表面的粗糙度要求很高，要求达到Ra^3.2um0两待焊表面叠放目测无缝隙。
[0032]所述感应线圈用直径为C>6mm、壁厚为1mm的铜管材制成，以减少制品的焊接热影响区。
[0033]所述超声波振动辅助系统，频率为:80KHz。
[0034]实施例1:如图1所示，本实例用于焊接两个020mm的圆形变形锌合金制品。将焊料及助焊剂装配于表面平整，无油膜、水膜及其它杂质的两待焊制品之间，并按制品要求不使制品在待焊处产生错位；
[0035]将待焊制品I和焊接制品2置合起来并放入感应线圈3中间并保证待焊制品焊接位4(焊缝)位置与感应线圈3中心保持在同一水平位置；
[0036]启动超声波振动辅助电源，超声振动源5工作；
[0037]启动感应加热设备，按下加热开关按钮，感应线圈3工作；
[0038]目测加热温度，待见焊料熔化并微量从焊缝溢出，关闭加热按钮，关闭超声波振动辅助电源，完成焊接；
[0039]从感应线圈3线圈中`取出制品，目测检验焊缝质量。
[0040]实施例2:本实例用于焊接040mm的圆形变形锌合金制品。将焊料及助焊剂装配于表面平整，无油膜、水膜及其它杂质的两待焊制品之间，并按制品要求不使制品在待焊处产生错位；
[0041]将待焊制品放入感应线圈中间并保证待焊制品焊缝位置与线圈中心保持在同一水平位置；
[0042]启动超声波振动辅助电源；
[0043]启动感应加热设备，按下加热开关按钮；
[0044]目测加热温度，待见焊料熔化并微量从焊缝溢出，关闭加热按钮，关闭超声波振动辅助电源，完成焊接；
[0045]从线圈中取出制品，目测检验焊缝质量。
[0046]实施例3:本实例用于焊接12mmX28mm的矩形变形锌合金制品。将焊料及助焊剂装配于表面平整，无油膜、水膜及其它杂质的两待焊制品之间，并按制品要求不使制品在待焊处广生错位；
[0047]将待焊制品放入感应线圈中间并保证待焊制品焊缝位置与线圈中心保持在同一水平位置；
[0048]启动超声波振动辅助电源；
[0049]启动感应加热设备，按下加热开关按钮；
[0050]目测加热温度，待见焊料熔化并微量从焊缝溢出，关闭加热按钮，关闭超声波振动辅助电源，完成焊接；[0051]从线圈中取出制品，目测检验焊缝质量。
[0052]实施例4:本实例用于焊接12mmX40mm的矩形变形锌合金制品。将焊料及助焊剂装配于表面平整，无油膜、水膜及其它杂质的两待焊制品之间，并按制品要求不使制品在待焊处广生错位；
[0053]将待焊制品放入感应线圈中间并保证待焊制品焊缝位置与线圈中心保持在同一水平位置；
[0054]启动超声波振动辅助电源；
[0055]启动感应加热设备，按下加热开关按钮；
[0056]目测加热温度，待见焊料熔化并微量从焊缝溢出，关闭加热按钮，关闭超声波振动辅助电源，完成焊接；
[0057]从线圈中取出制品，目测检验焊缝质量。
[0058]上述各实施例经焊后解剖分析试验得知，经超声波振动辅助装置和感应钎焊复合的焊接方法与单独采用感应钎焊的方法相比，焊缝的钎着率由单独感应钎焊时的95%，提高到了复合焊接后的100%，焊后同等面积下的样品承载力提高了 8?10%。
【权利要求】
1.一种变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于包括如下步骤: ①对变形锌合金零部件的待焊表面进行表面平整处理、去氧化膜处理及清洁度处理； ②将两块独立的变形锌合金零部件在焊接位预先对接并置于单匝的感应线圈的中间，使感应线圈围绕变形锌合金待焊面布置，并且，变形锌合金与感性线圈间距保持在5?IOmm ;超声振动源置于其中一块变形锌合金零部件底部； ③启动超声振动源，启动感应加热设备使感应线圈工作。
2.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于将两块独立的变形锌合金零部件在焊接位上下叠合时，并保持目测无缝隙状态。
3.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于所述的感应线圈采用直径为6mm,壁厚为Imm的铜管材。
4.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于步骤②所述的变形锌合金零部件的焊接位与感应线圈的中心保持在同一水平面上。
5.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于步骤③中所述超声波振动源的频率为80KHz。
6.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于步骤①中所述表面平整处理采用锉刀或砂纸。
7.根据权利要求1所述的变形锌合金零部件超声波辅助感应钎焊方法，其特征在于步骤①中所述清洁度处理包括化学溶剂清洗、超声波净化清除、锉刀、砂纸及纱布处理。
【文档编号】B23K1/06GK103600150SQ201310563002
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】樊建勋, 甄立玲, 刘红伟, 马良超, 杜乐一, 马冰, 刘江萍, 董俊岐, 贺勇, 程朝丰 申请人:中国兵器工业第五二研究所