本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，具體涉及一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法。

背景技術(shù)：

鎢銅合金綜合了金屬鎢和銅的優(yōu)點(diǎn)，微觀組織均勻、耐高溫、強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕、密度大，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能適中，有較廣泛的用途。目前，已用于制造抗電弧燒蝕的高壓電器開關(guān)的觸頭和火箭噴管喉襯、尾舵等高溫構(gòu)件，也用作電加工的電極、高溫模具以及其他要求導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和高溫使用的場合。

鉻鋯銅(cucrzr)具有較高的強(qiáng)度和硬度，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性強(qiáng)，耐磨性和減磨性好，經(jīng)時(shí)效處理后硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性均顯著提高。廣泛用于電機(jī)整流子和對焊機(jī)等的電極，以及其他高溫要求強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電性的零件。

鎢銅與鉻鋯銅合金的連接能充分發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)良性能，在高壓開關(guān)電觸頭中，鎢銅合金材料和鉻鋯銅合金常用作觸頭和基座，因此研究這兩種材料的焊接具有重要的意義。

鎢銅合金熔點(diǎn)極高，超過3000℃其中的鎢成分還無法熔化，因此常規(guī)的熔化焊方法很難焊接。由于銅及銅合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，容易氧化，焊接接頭中易產(chǎn)生氣孔和裂紋等缺陷，銅合金的流動(dòng)性大，空間位置的焊接難度大，熔焊的方法焊接銅合金也比較困難。近年來，學(xué)者們對鎢銅及銅合金焊接進(jìn)行了一系列的研究。專利cn108237280a提出了一種鎢銅電極的焊接方法，采用釬焊的方法實(shí)現(xiàn)鎢銅電極頭和銅底座的連接，通過阻焊劑，把焊縫分成排氣區(qū)和釬料加入?yún)^(qū)，釬焊率可以達(dá)到80％以上，該方法中阻焊劑的添加工藝比較復(fù)雜，焊接效率低。專利cn105057873a中先采用燒結(jié)的方法制造鎢銅合金，在鎢銅合金的表面上形成一層純銅，然后采用電子束焊接的方法實(shí)現(xiàn)鎢銅合金表面的銅和鉻鋯銅合金的連接。該方法鎢銅合金燒結(jié)過程工藝復(fù)雜，燒結(jié)溫度高，壓力大，能耗高，電子束焊接雖然熱影響區(qū)域小，但是需要高真空的環(huán)境，焊接成本高。此外，文獻(xiàn)(j.lietal.fusionengineeringanddesign86(2011)2874–2878)中采用擴(kuò)散焊的方法焊接鎢和鉻鋯銅，加入鈦中間層，鈦的屈服強(qiáng)度和彈性模量比較小，長時(shí)間的擴(kuò)散過程可有效減小焊接應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了縮短鎢銅合金與鉻鋯銅合金焊接時(shí)間和避免阻焊劑的使用，降低焊接成本，提高焊接效率。為此本發(fā)明采用超聲波輔助釬焊的方法連接鎢銅與鉻鋯銅合金，通過鈦合金中間層，在焊接過程中引用超聲波，利用聲空化作用促進(jìn)融化的釬料在焊接面上的鋪展和潤濕。鎢銅合金和鉻鋯銅合金組合焊接時(shí)，移動(dòng)其中的一塊母材，促進(jìn)氣泡的排出，然后在較低的焊接壓力下，較短的時(shí)間內(nèi)完成超聲波輔助釬焊過程，此外，本發(fā)明可以在大氣環(huán)境下進(jìn)行焊接，對焊接操作人員的技術(shù)要求低，焊接效率高。

本發(fā)明的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、焊接前將待焊接的鎢銅塊與鉻鋯銅基座表面打磨光亮，并用丙酮作為清洗劑對兩塊母材進(jìn)行超聲波清洗，除去表面的雜質(zhì)；

二、用卡具將上一步清洗后的鎢銅塊和鉻鋯銅基座固定在預(yù)熱臺上，預(yù)熱溫度為500～600℃，預(yù)熱時(shí)間為5～30min；

三、預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，火焰將待焊部位完整包圍，在溫度達(dá)到釬劑熔點(diǎn)的時(shí)，在待焊表面鋪放釬劑，并使釬劑在待焊接表面鋪展開；

四、在溫度達(dá)到銀基或者銅基釬料熔點(diǎn)時(shí)，將銀基或銅基釬料預(yù)涂覆在已經(jīng)被釬劑覆蓋的待焊接表面；

五、釬料在待焊接面預(yù)鋪展后，使用鈦板作為中間層，置于鎢銅或鉻鋯銅的待焊接面上，然后通過超聲振動(dòng)頭對鈦合金板施加超聲；

六、將已經(jīng)涂覆釬料的鎢銅和鉻鋯銅母材通過卡具將焊接面組合到一起，并用火焰噴槍加熱，達(dá)到焊接溫度后，平移錯(cuò)位鎢銅塊2-3mm、往復(fù)2-5次；

七、將超聲振動(dòng)頭放在鎢銅合金上，施加0.2mpa壓力，進(jìn)行超聲波輔助釬焊，保持壓力，對焊接件進(jìn)行風(fēng)冷處理，即完成所述的鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法；

其中，步驟五和七中超聲振動(dòng)的工藝參數(shù)均為：振幅2-10μm，頻率15-45khz，振動(dòng)時(shí)間1-5s。

本發(fā)明方案的技術(shù)原理：

鎢銅和鉻鋯銅合金的熔焊容易造成合金元素?zé)龘p、焊接裂紋、氣孔等焊接缺陷，需要開發(fā)二者新的焊接方法，以形成良好的焊接接頭。因此，本發(fā)明采用一種新的釬焊方法連接鎢銅和鉻鋯銅合金，釬焊方法降低了焊接溫度，有效減少或者避免了合金元素的燒損，同時(shí)用火焰噴槍局部加熱焊接區(qū)域，并配合釬劑的保護(hù)作用，可使待焊表面保持潔凈。通過鈦合金板將超聲振動(dòng)引入到液態(tài)釬料潤濕待焊表面的過程，促進(jìn)液態(tài)釬料對母材潤濕鋪展。組合焊接過程中焊接面之間的相對移動(dòng)，排出多余的氣體，進(jìn)而施加的超聲振動(dòng)，不僅可進(jìn)一步促進(jìn)焊縫中氣孔的排出，而且通過聲空化在液態(tài)釬料中產(chǎn)生高溫、高壓、微射流等熱、力學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)金屬液的流動(dòng)和原子的擴(kuò)散，在較低焊接壓力下，快速形成致密、可靠的焊接接頭。

本發(fā)明包含以下有益效果：

1.焊接溫度低，焊接變形量小，同時(shí)避免焊接后母材硬度大幅度下降。

2.焊接過程釬劑和火焰的雙重保護(hù)，使待焊表現(xiàn)避免嚴(yán)重氧化。

3.引入的超聲振動(dòng)極大促進(jìn)液態(tài)釬料與母材的潤濕結(jié)合，幫助排出焊縫中的氣孔，同時(shí)增強(qiáng)液態(tài)釬料的填縫能力，增加接頭的釬透率。

4.焊接過程中銅合金不會(huì)形成液態(tài)，減少銅合金的氧化和裂紋的產(chǎn)生，導(dǎo)電率下降不明顯。

5.焊接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，靈活性強(qiáng)，效率高，成本低。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1焊接后的零件毛坯照片；

圖2為實(shí)施例1機(jī)加工之后零件的局部形貌照片。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、焊接前將待焊接的鎢銅塊與鉻鋯銅基座表面打磨光亮，并用丙酮作為清洗劑對兩塊母材進(jìn)行超聲波清洗，除去表面的雜質(zhì)；

二、用卡具將上一步清洗后的鎢銅塊和鉻鋯銅基座固定在預(yù)熱臺上，預(yù)熱溫度為500～600℃，預(yù)熱時(shí)間為5～30min；

三、預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，火焰將待焊部位完整包圍，在溫度達(dá)到釬劑熔點(diǎn)的時(shí)，在待焊表面鋪放釬劑，并使釬劑在待焊接表面鋪展開；

四、在溫度達(dá)到銀基或者銅基釬料熔點(diǎn)時(shí)，將銀基或銅基釬料預(yù)涂覆在已經(jīng)被釬劑覆蓋的待焊接表面；

五、釬料在待焊接面預(yù)鋪展后，使用鈦板作為中間層，置于鎢銅或鉻鋯銅的待焊接面上，然后通過超聲振動(dòng)頭對鈦合金板施加超聲；

六、將已經(jīng)涂覆釬料的鎢銅和鉻鋯銅母材通過卡具將焊接面組合到一起，并用火焰噴槍加熱，達(dá)到焊接溫度后，平移錯(cuò)位鎢銅塊2-3mm、往復(fù)2-5次；

七、將超聲振動(dòng)頭放在鎢銅合金上，施加0.2mpa壓力，進(jìn)行超聲波輔助釬焊，保持壓力，對焊接件進(jìn)行風(fēng)冷處理，即完成所述的鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法；

其中，步驟五和七中超聲振動(dòng)的工藝參數(shù)均為：振幅2-10μm，頻率15-45khz，振動(dòng)時(shí)間1-5s。

本實(shí)施方式步驟一打磨目的是減少氧化物對焊接過程產(chǎn)生不良影響，并且用丙酮作為清洗劑對兩塊母材進(jìn)行超聲波清洗，除去表面的雜質(zhì)，避免對釬料、釬劑的潤濕產(chǎn)生不良影響。

步驟二的預(yù)熱可有效減少焊接過程造成的殘余應(yīng)力。預(yù)熱過程應(yīng)避免溫度超過600℃，預(yù)熱溫度超過600℃，會(huì)造成鉻鋯銅硬度大幅度的衰減，并且預(yù)熱時(shí)間越長衰減情況越嚴(yán)重。

步驟三預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，火焰將待焊部位完整包圍，是為了防止其高溫氧化。釬劑的作用是去除焊件表面氧化膜，加強(qiáng)后續(xù)釬料在焊接面的鋪展和潤濕能力，同時(shí)也可以保護(hù)母材和釬料，使其在加熱過程中減少氧化。

步驟五通過超聲振動(dòng)促進(jìn)液態(tài)釬料在待焊接表面的鋪展?jié)櫇?，并與母材形成冶金結(jié)合。

步驟六平移錯(cuò)位鎢銅塊使焊接面發(fā)生相對摩擦，有利于減少焊接面氣孔的產(chǎn)生。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：步驟五中待焊接表面保留的釬料層厚度為0.1-0.6mm。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：鎢銅合金為wcu20，鉻鋯銅合金為cucr1zr。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：步驟三在預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，加熱時(shí)間8～10min。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：所述的釬劑為qj101、qj102或qj305。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：所述的銀基為hl303、hl304、hl306、hl307或hl316，銅基釬料為hl204或hl205。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式具體實(shí)施方式一不同的是：步驟六火焰噴槍加熱的加熱溫度為780℃～800℃。其它與具體實(shí)施方式一相同。

通過以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例1

本實(shí)施例的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：

焊接過程：

一、選取長方體鎢銅塊(wcu20)和圓柱形鉻鋯銅基座(cucr1zr)，其中鎢銅塊的尺寸是30mm×10mm×28mm，圓柱形鉻鋯銅基座的外徑為r1＝80.5mm，內(nèi)徑r2＝53.5mm，高度為30mm，其上均勻分布四個(gè)缺口，缺口的寬度為28.5mm，最大厚度為10.5mm，高度為30mm，將需要焊接的鎢銅與鉻鋯銅材料用500#砂紙打磨光亮，并且用丙酮作為清洗劑在超聲振動(dòng)的情況下對板材進(jìn)行焊前清洗20min。

二、將丙酮清洗后的鎢銅塊和鉻鋯銅基座放在加熱平臺上進(jìn)行預(yù)熱，設(shè)定預(yù)熱溫度600℃。

三、在預(yù)熱溫度接近600℃時(shí)，用火焰噴槍對焊接區(qū)域進(jìn)行局部加熱，加熱時(shí)間8～10min，在溫度達(dá)到700℃以上時(shí)，用刮刀將qj102釬劑涂覆在鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面。

四、繼續(xù)加熱至780℃，將銀基釬料棒(牌號hl306)涂覆在已經(jīng)被釬劑破除過氧化膜的表面。

五、釬料在焊接面預(yù)鋪展后，把3mm厚的鈦板作為中間層，分別置于鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面上，對工件施加超聲振動(dòng)，待焊接表面保留0.2mm的釬料層。采用的超聲振幅為10μm，振動(dòng)頻率為22khz，振動(dòng)時(shí)間為2s。

六、兩塊已經(jīng)處理完成的母材通過卡具組合在一起，保持加熱溫度780℃～800℃之間，用鑷子夾持鎢銅塊在焊接面平移摩擦錯(cuò)位2mm、往復(fù)2次。

七、把超聲振動(dòng)頭放在鎢銅塊上，施加0.2mpa壓力，進(jìn)行超聲波輔助釬焊。超聲振動(dòng)參數(shù)與步驟五的一致。

八、保持壓力不變，焊接件進(jìn)行風(fēng)冷處理，焊后形成的毛坯件如圖1所示，機(jī)加工之后接頭的局部形貌如圖2所示。如圖所示，接頭質(zhì)量良好，焊縫致密，無明顯缺陷。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

本發(fā)明不限于以上對實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于它是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、焊接前將待焊接的鎢銅塊與鉻鋯銅基座表面打磨光亮，并用丙酮作為清洗劑對兩塊母材進(jìn)行超聲波清洗，除去表面的雜質(zhì)；

二、用卡具將上一步清洗后的鎢銅塊和鉻鋯銅基座固定在預(yù)熱臺上，預(yù)熱溫度為500～600℃，預(yù)熱時(shí)間為5～30min；

三、預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，火焰將待焊部位完整包圍，在溫度達(dá)到釬劑熔點(diǎn)的時(shí)，在待焊表面鋪放釬劑，并使釬劑在待焊接表面鋪展開；

四、在溫度達(dá)到銀基或者銅基釬料熔點(diǎn)時(shí)，將銀基或銅基釬料預(yù)涂覆在已經(jīng)被釬劑覆蓋的待焊接表面；

五、釬料在待焊接面預(yù)鋪展后，使用鈦板作為中間層，置于鎢銅或鉻鋯銅的待焊接面上，然后通過超聲振動(dòng)頭對鈦合金板施加超聲；

六、將已經(jīng)涂覆釬料的鎢銅和鉻鋯銅母材通過卡具將焊接面組合到一起，并用火焰噴槍加熱，達(dá)到焊接溫度后，平移錯(cuò)位鎢銅塊2-3mm、往復(fù)2-5次；

七、將超聲振動(dòng)頭放在鎢銅合金上，施加0.2mpa壓力，進(jìn)行超聲波輔助釬焊，保持壓力，對焊接件進(jìn)行風(fēng)冷處理，即完成所述的鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法；

其中，步驟五和七中超聲振動(dòng)的工藝參數(shù)均為：振幅2-10μm，頻率15-45khz，振動(dòng)時(shí)間1-5s。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于步驟五中待焊接表面保留的釬料層厚度為0.1-0.6mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于鎢銅合金為wcu20，鉻鋯銅合金為cucr1zr。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于步驟三在預(yù)熱后，用火焰噴槍分別對鎢銅和鉻鋯銅的待焊接表面進(jìn)行局部加熱，加熱時(shí)間8～10min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于所述的釬劑為qj101、qj102或qj305。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于所述的銀基為hl303、hl304、hl306、hl307或hl316，銅基釬料為hl204或hl205。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，其特征在于步驟六火焰噴槍加熱的加熱溫度為700℃～850℃。

技術(shù)總結(jié)

一種鎢銅合金與鉻鋯銅合金的釬焊方法，它涉及焊接領(lǐng)域，本發(fā)明目的是為了縮短鎢銅合金與鉻鋯銅合金焊接時(shí)間和避免阻焊劑的使用，降低焊接成本，提高焊接效率。本發(fā)明采用超聲波輔助釬焊的方法連接鎢銅與鉻鋯銅合金，通過鈦合金中間層，在焊接過程中引用超聲波，利用聲空化作用促進(jìn)融化的釬料在焊接面上的鋪展和潤濕。鎢銅合金和鉻鋯銅合金組合焊接時(shí)，移動(dòng)其中的一塊母材，促進(jìn)氣泡的排出，然后在較低的焊接壓力下，較短的時(shí)間內(nèi)完成超聲波輔助釬焊過程，此外，本發(fā)明可以在大氣環(huán)境下進(jìn)行焊接，對焊接操作人員的技術(shù)要求低，焊接效率高。本發(fā)明應(yīng)用于焊接領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：許志武;陳姝;李政瑋;苗曉丹

受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué);沈陽金昌藍(lán)宇新材料股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.02.28

技術(shù)公布日：2020.07.03