铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺研究

（黄河鑫业有限公司，青海 西宁 810000）

我国对金属材料的焊接工艺，多使用传统的超声钎焊进行焊接工作。但由于工艺外形不美观，且成本较高，严重限制了我国超声钎焊工艺的进一步发展[1]，为此提出铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺进行对金属材料的焊接工作。本文通过三个步骤完成了对铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺的设计，针对超声波钎焊工艺的特点，实现对超声涂覆铝合金钎料的选择，通过对金属焊接数据的实时反馈，判断填缝工艺的辅助设计实现进程，根据微观角度分析，利用复合接头对钎焊工艺进行完整设计，实现对金属材料的钎焊工艺。通过实验论证分析的方式，确定本文提出的铝合金及铝基复合材料超声焊接工艺的有效性，在美观金属材料的同时，降低整体成本，促进我国超声焊接工艺的发展。

1 铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺设计

超声波在液体环境中，可以对空气中的氧化膜进行空化作用，不需要再另外添加钎剂[2]。根据超声波的这一性质，我们可以直接建立相同金属材料在大气中的连接，再经过对铝合金及铝基复合材料的处理，对不规则金属间的缝隙进行填补，通过对微观复合材料的接头进行加工，完成整个铝合金及铝基复合工艺超声钎焊工艺的设计。

1.1 超声涂覆铝合金钎料选择

将铝合金母材加工成一个板状模型，并在两端分别开凿一个圆形槽孔，将钎料加工到适合的温度后，置于板状模型表面，等待一段时间后，钎料与铝合金母材完全融为一个整体的板状模型，再在其表面进行超声波工艺，在适温状态下，钎料与铝合金及铝基复合材料母材发生物理反应，完成整个破膜湿润的过程。再用电磁式切割机将板块分成大小相同的小部分板块，板块与铝合金及铝基复合材料相互依靠，构成一个可移动的钎料模型。

1.2 实现辅助填缝钎焊

根据金属的形状、大小与性质对金属进行分类，并确立起主要的辅助填缝方向。在铁基表面镀一层钎料薄膜，再将铁基固定于铝合金下侧，随后对剩余未咬合铝块按示意图进行填补装配。填补完成后，打开加热感应器，通过高频线圈对需要填补的钎焊部位进行匀速加热，同时完成对铝合金的温度控制。

这些缝隙的形成与超声波的定向输入量是密不可分的。利用超声波的性能，使之对金属间的缝隙进行声流效应，在空气泡即将破碎的时候，迅速对金属间空隙进行填充，这样一来，空隙上方的气泡液体也同样会受到影响。保持这个环境中的温度一直处于1600℃以上，那么空气泡破碎后，就会对空隙内完全填补钎剂，最终钎剂以非常快的速度冲向空隙的每一个角落，对金属表层形成冲击作用，但这种冲击力度是非常弱的，因此，不会造成金属材质的变形，保持金属造型的美感。

1.3 微观钎焊复合接头设计

近年来，我国的超声焊接技术实现了陶瓷和铜的连接，二者材质不同，依靠钎料的力学性能进行金属化合物的形成。随着超声波钎焊工艺的产生，对钎料的规格选择更加复杂，将强大的接头剪掉后，实现涂覆铝合金钎料的难度加剧，去除空气表面的破碎气泡后，对铝合金及铝基复合材料表面进行摩擦，提高钎料的湿润度，进而提高对钎料的选择能力。

待恒温冷却后，对复合接头的处理就要开始进行，采用相同的抛光机模型对铝合金板块进行切割，通过微观组织观察试件，对直接焊接工艺的数据进行计算，再利用钎焊设备的编程系统，转换为自身可接受的接头形式，结合复合接头工作面的处理，实现对金属材料的超声钎焊工艺。

2 实验论证分析

为保证本文提出的铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺的有效性，进行实验论证，实验论证采用全固态超高频加热装置，通过对加热频率的调节以起到控制电流大小的作用。为保证实验的严谨性，采用传统超声钎焊工艺作为实验论证对比，对金属样本的抛光性能进行计算，其实验论证结果折线如图1所示。

图1 实验论证结果折线

图1中横坐标代表抛光金属的节点数量，纵坐标代表金属的总储量。则根据上图分析可以得出，本文提出的铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺比传统的超声钎焊工艺占有极大优势。

因此，从钎焊成本上考量，应尽快实现铝合金材料的超声钎焊技术的推广应用。特别当金属的抛光节点高于20个之后，铝合金超声钎焊工艺效率极高，因此，对于大型金属材料的钎焊工艺，可直接选择铝合金及铝基复合材料超声钎焊工艺。结合对数据的加权分析，本文提出的钎焊工艺较传统的钎焊工艺可节省总成本的44.86%。

3 结语

本文对铝合金及铝基复合材料超声钎焊的工艺及具体方法设计进行分析，依托超声波在固态环境对相同材质金属表层气泡的处理性能，对不能完整对接的金属间空隙进行填补，利用微观技术对复合材料进行接头设计，完成本文设计。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为我国超声钎焊工艺的发展提供有力依据。