鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝研究

（黃河鑫業有限公司，青海 西寧 810000）

我國對金屬材料的焊接工藝，多使用傳統的超聲釬焊進行焊接工作。但由于工藝外形不美觀，且成本較高，嚴重限制了我國超聲釬焊工藝的進一步發展[1]，為此提出鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝進行對金屬材料的焊接工作。本文通過三個步驟完成了對鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝的設計，針對超聲波釬焊工藝的特點，實現對超聲涂覆鋁合金釬料的選擇，通過對金屬焊接數據的實時反饋，判斷填縫工藝的輔助設計實現進程，根據微觀角度分析，利用復合接頭對釬焊工藝進行完整設計，實現對金屬材料的釬焊工藝。通過實驗論證分析的方式，確定本文提出的鋁合金及鋁基復合材料超聲焊接工藝的有效性，在美觀金屬材料的同時，降低整體成本，促進我國超聲焊接工藝的發展。

1 鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝設計

超聲波在液體環境中，可以對空氣中的氧化膜進行空化作用，不需要再另外添加釬劑[2]。根據超聲波的這一性質，我們可以直接建立相同金屬材料在大氣中的連接，再經過對鋁合金及鋁基復合材料的處理，對不規則金屬間的縫隙進行填補，通過對微觀復合材料的接頭進行加工，完成整個鋁合金及鋁基復合工藝超聲釬焊工藝的設計。

1.1 超聲涂覆鋁合金釬料選擇

將鋁合金母材加工成一個板狀模型，并在兩端分別開鑿一個圓形槽孔，將釬料加工到適合的溫度后，置于板狀模型表面，等待一段時間后，釬料與鋁合金母材完全融為一個整體的板狀模型，再在其表面進行超聲波工藝，在適溫狀態下，釬料與鋁合金及鋁基復合材料母材發生物理反應，完成整個破膜濕潤的過程。再用電磁式切割機將板塊分成大小相同的小部分板塊，板塊與鋁合金及鋁基復合材料相互依靠，構成一個可移動的釬料模型。

1.2 實現輔助填縫釬焊

根據金屬的形狀、大小與性質對金屬進行分類，并確立起主要的輔助填縫方向。在鐵基表面鍍一層釬料薄膜，再將鐵基固定于鋁合金下側，隨后對剩余未咬合鋁塊按示意圖進行填補裝配。填補完成后，打開加熱感應器，通過高頻線圈對需要填補的釬焊部位進行勻速加熱，同時完成對鋁合金的溫度控制。

這些縫隙的形成與超聲波的定向輸入量是密不可分的。利用超聲波的性能，使之對金屬間的縫隙進行聲流效應，在空氣泡即將破碎的時候，迅速對金屬間空隙進行填充，這樣一來，空隙上方的氣泡液體也同樣會受到影響。保持這個環境中的溫度一直處于1600℃以上，那么空氣泡破碎后，就會對空隙內完全填補釬劑，最終釬劑以非常快的速度沖向空隙的每一個角落，對金屬表層形成沖擊作用，但這種沖擊力度是非常弱的，因此，不會造成金屬材質的變形，保持金屬造型的美感。

1.3 微觀釬焊復合接頭設計

近年來，我國的超聲焊接技術實現了陶瓷和銅的連接，二者材質不同，依靠釬料的力學性能進行金屬化合物的形成。隨著超聲波釬焊工藝的產生，對釬料的規格選擇更加復雜，將強大的接頭剪掉后，實現涂覆鋁合金釬料的難度加劇，去除空氣表面的破碎氣泡后，對鋁合金及鋁基復合材料表面進行摩擦，提高釬料的濕潤度，進而提高對釬料的選擇能力。

待恒溫冷卻后，對復合接頭的處理就要開始進行，采用相同的拋光機模型對鋁合金板塊進行切割，通過微觀組織觀察試件，對直接焊接工藝的數據進行計算，再利用釬焊設備的編程系統，轉換為自身可接受的接頭形式，結合復合接頭工作面的處理，實現對金屬材料的超聲釬焊工藝。

2 實驗論證分析

為保證本文提出的鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝的有效性，進行實驗論證，實驗論證采用全固態超高頻加熱裝置，通過對加熱頻率的調節以起到控制電流大小的作用。為保證實驗的嚴謹性，采用傳統超聲釬焊工藝作為實驗論證對比，對金屬樣本的拋光性能進行計算，其實驗論證結果折線如圖1所示。

圖1 實驗論證結果折線

圖1中橫坐標代表拋光金屬的節點數量，縱坐標代表金屬的總儲量。則根據上圖分析可以得出，本文提出的鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝比傳統的超聲釬焊工藝占有極大優勢。

因此，從釬焊成本上考量，應盡快實現鋁合金材料的超聲釬焊技術的推廣應用。特別當金屬的拋光節點高于20個之后，鋁合金超聲釬焊工藝效率極高，因此，對于大型金屬材料的釬焊工藝，可直接選擇鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊工藝。結合對數據的加權分析，本文提出的釬焊工藝較傳統的釬焊工藝可節省總成本的44.86%。

3 結語

本文對鋁合金及鋁基復合材料超聲釬焊的工藝及具體方法設計進行分析，依托超聲波在固態環境對相同材質金屬表層氣泡的處理性能，對不能完整對接的金屬間空隙進行填補，利用微觀技術對復合材料進行接頭設計，完成本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為我國超聲釬焊工藝的發展提供有力依據。