CN104400204A - 铝/钛异种合金超声波焊接方法 - Google Patents

铝/钛异种合金超声波焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104400204A
CN104400204A CN201410469908.7A CN201410469908A CN104400204A CN 104400204 A CN104400204 A CN 104400204A CN 201410469908 A CN201410469908 A CN 201410469908A CN 104400204 A CN104400204 A CN 104400204A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
welding
alloy
aluminium
titanium alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410469908.7A
Other languages
English (en)
Inventor
崔富民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Tiancheng Vehicle Decorations Science And Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Tiancheng Vehicle Decorations Science And Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Tiancheng Vehicle Decorations Science And Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Tiancheng Vehicle Decorations Science And Technology Co Ltd
Priority to CN201410469908.7A priority Critical patent/CN104400204A/zh
Publication of CN104400204A publication Critical patent/CN104400204A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2333—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer one layer being aluminium, magnesium or beryllium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明提供了一种铝/钛异种合金超声波焊接方法，在汽车行业广泛应用。超声波焊接方法在焊接过程中不产生金属间化合物，使焊缝成型质量高，而且低温、低压、低能耗，还能实现异种金属间的焊接；采用超声波焊接技术，并研究不同工艺参数的影响，焊接铝钛焊接接头具有很高的拉伸强度和剥离强度；当焊接时间为150ms、焊接压力为0.5MPa、钛合金与焊极接触时，焊接铝钛焊接接头的拉伸剪切强度与剥离强度都达到了最大值，分别为5.04MPa和15.92KN/m，对钛合金去氧化膜，铝合金不去氧化膜时，采用钛合金与焊极接触方式下焊接接头的拉伸剪切强度与剥离强度分别为6.7Mpa和26.56KN/m。

Description

铝/钛异种合金超声波焊接方法
技术领域
本发明属于焊接领域，尤其是铝/钛异种合金超声波焊接方法。 
背景技术
铝合金密度极低，比强度较高，同时具有非常好的成型工艺性能，价格较为低廉；钛合金的密度非常小，比强度高，将腐蚀以及抗断裂，韧性强，但是钛合金价格昂贵，这限制了在各个领域的广泛应用；为了使铝合金和钛合金能够优势互补，平衡材料的使用性能和经济效益，铝/钛异种合金的复合构件在汽车制造业中得到了越来越广泛的应用。然而，铝合金和钛合金之间的物理化学性能有着非常大的差异，从而对两种材料间的焊接造成巨大的困难，铝合金与钛合金的连接采用最广泛的方式是铆接、熔化焊接及螺纹连接等，国内没有获得高质量焊接的成熟的铝钛异种合金焊接工艺，限制了铝合金和钛合金的复合构件更加广泛的应用。 
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种铝/钛超声波焊接方法。 
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。 
一种铝/钛超声波焊接方法，步骤如下： 
（1）将铝合金与钛合金裁剪成长方形并对两种合金进行表面去氧化膜或不去氧化膜处理；
（2）铝合金与钛合金采用搭接方式进行焊接，焊接过程中将铝合金或钛合金置于超声波焊机的下声级上，保持工件与下声级完全贴合，而上声级则在工艺参数下由上至下压向工件，从而实现铝钛异种合金的连接；
所述铝合金中镁与硅为主要成分；钛合金为双相，在平衡态下主要为α相，β相为9~30%。
所述铝合金与钛合金的厚度为0.25~0.35 mm。 
所述铝合金去氧化膜的方法为：将铝合金薄片在浓度为5~12%的NaOH溶液中浸泡3~ 5 min，取出后用大量清水清洗，吹干；钛合金去氧化膜的方法为：将钛合金薄片置于15%HNO3+5%HF+80%H2O溶液中浸泡3~5 min，取出后用大量清水清洗，吹干。 
所述工艺参数为：焊接静压力为0.4~0.7 MPa，焊接时间为80~170 ms，保压时间为350 ms。 
由于镁与硅的比重小，强度比纯铝高，焊接性好，耐腐蚀性能好，疲劳强度高等等，因此采用镁与硅为主要元素的铝合金；采用双相钛合金是由于其综合力学性能好，组织稳定性好，具有非常好的塑性、韧性和高温变形的性能。 
本发明方法的优点在于： 
1.      采用超声波焊接技术在焊接过程中不产生金属间化合物，使焊缝成型质量高，而且低温、低压、低能耗，还能实现异种金属间的焊接。
2.采用超声波焊接技术，并研究不同工艺参数的影响，焊接铝钛焊接接头具有很高的拉伸强度和剥离强度。 
具体实施方式
实施例1 
焊接时间对接头拉伸剪切强度的影响：
将0.3mm厚的铝合金、钛合金薄板裁剪为160mm×10mm这一规格的长方形，然后将部分裁剪好的铝合金薄片、钛合金薄片进行去氧化膜处理，超声频率为20 KHz，延迟时间为350 ms，焊接气压在0.4~0.7 MPa范围内变化（按照每相隔0.1 MPa取值），将铝合金与焊极接触，钛合金与焊极接触两种超声波焊接方法下，焊接对铝钛异种合金焊接接头的拉伸剪切强度的影响。 
结果表明最佳的焊接时间在150 ms，铝钛焊接接头的最大拉伸强度为5.06 MPa，钛合金与焊极接触的接头拉伸剪切强度大于铝合金与焊极接触的接头强度。 
实施例2 
焊接压力对焊接接头拉伸剪切强度的影响：
将0.3mm厚的铝合金、钛合金薄板裁剪为160mm×10mm这一规格的长方形，然后将部分裁剪好的铝合金薄片、钛合金薄片进行去氧化膜处理，超声频率为20 KHz，延迟时间为350 ms，焊接时间在80~170 ms范围内变化（按照每相隔10 ms取值），将铝合金与焊极接触，钛合金与焊极接触两种超声波焊接方法下，焊接对铝钛异种合金焊接接头的拉伸剪切强度的影响。
结果表明在焊接压力为0.5 MPa时，铝合金与焊极接触和钛合金与焊极接触两种焊接方法加工的焊接接头都达到最大拉伸剪切强度，钛合金与焊极接触的接头拉伸剪切强度大于铝合金与焊极接触的接头强度。 
实施例3 
铝合金与钛合金的氧化膜对拉伸剪切强度的影响：
经过实施例1与实施例2的研究可知，在焊接时间为150 ms、焊接压力为0.5 MPa下，铝钛异种合金的超声波焊接的拉伸剪切强度为最大值。在焊接时间为150 ms、焊接压力0.5 MPa下，研究铝合金与钛合金的去氧化膜状态对焊接接头的拉伸剪切强度的影响。其中对铝合金表面进行去氧化膜的方法为：首先在浓度为10%的NaOH水溶液中浸泡4分钟，这样可以分解铝合金表面的A12O3氧化膜，接着用大量的清水进行冲洗去除铝合金表面的残留物，最后使用吹风机将其吹干；而钛合金的表面氧化膜的去除方法为：首先是在15%HNO3+ 5%HF+80%H2O的溶液中浸泡约4分钟，这样可以分解钛合金表面的TiO2氧化膜层，然后使用大量的清水中进行冲洗，最后是使用吹风机将其吹干。
实验结果表明，钛合金去氧化膜，铝合金没有去氧化膜，钛合金去氧化膜的焊前处理得到的焊接接头拉伸剪切强度最高，达到6.7 MPa；而铝合金去氧化膜，钛合金未去氧化膜的焊前处理的焊接接头的拉伸剪切强度最低，仅4.0 MPa。 
实施例4 
焊接时间对焊接接头剥离强度的影响：
按照实施例1分别在焊接压力为0.4~0.7 MPa下，采用铝合金与焊极接触、钛合金与焊极接触两种方法进行焊接时，焊接时间对铝钛异种合金焊接接头的剥离强度的影响。
实验结果表明，焊接时间为150 ms时，铝钛焊接接头的最大剥离强度达到了17.12 KN/m，钛合金与焊极接触的焊接接头的剥离强度大于铝合金与焊极接触的接头剥离强度。 
实施例5 
焊接压力对焊接接头剥离强度的影响：
按照实施例2研究焊接时间为80~170 ms，采用铝合金与焊极接触、钛合金与焊极接触两种方法进行焊接时，焊接压力对铝钛异种合金焊接接头的剥离强度的影响。
实验结果表明，焊接压力为0.5 MPa时，铝钛焊接接头的剥离强度最大，钛合金与焊极接触的焊接接头的剥离强度大于铝合金与焊极接触的接头剥离强度。 
实施例6 
铝合金与钛合金的氧化膜对焊接接头强度的影响：
按照实施例3研究，当铝合金与焊极接触的方法进行超声波焊接时，钛合金去氧化，铝合金不去氧化膜时，焊接接头的剥离强度达到最大值20.82 KN/m；而铝合金去氧化膜，钛合金未去氧化膜的焊接接头剥离强度仅12.74 KN/m，比焊前未做任何处理的焊接接头剥离强度14.64KN/m都要低。当钛合金与焊极接触的方法进行超声波焊接时，剥离强度最高的接头是铝合金与钛合金都进行了去氧化膜处理的焊接接头，剥离强度达到26.56 KN/m；钛合金去氧化膜，铝合金未去氧化膜的焊接接头，剥离强度为24.83 KN/m；铝合金去氧化膜，钛合金未去氧化膜的焊接接头，剥离强度为20.32 KN/m；最低的是都未进行任何处理的焊接接头，剥离强度仅15.92 KN/m。
超声波焊接时间、焊接压力对焊接接头的拉伸剪切强度与剥离强度有显著的影响，当焊接时间为150ms、焊接压力为0.5 MPa、钛合金与焊极接触时，焊接铝钛焊接接头的拉伸剪切强度与剥离强度都达到了最大值，分别为5.04 MPa和15.92 KN/m。当焊接时间为150 ms、焊接压力为0.5 MPa对钛合金去氧化膜，铝合金不去氧化膜时，采用钛合金与焊极接触方式下焊接接头的拉伸剪切强度与剥离强度分别为6.7 Mpa和26.56 KN/m。 
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种铝/钛异种合金超声波焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将铝合金与钛合金裁剪成长方形并对两种合金进行表面去氧化膜或不去氧化膜处理；
（2）铝合金与钛合金采用搭接方式进行焊接，焊接过程中将铝合金或钛合金置于超声波焊机的下声级上，保持工件与下声级完全贴合，而上声级则在工艺参数下由上至下压向工件，从而实现铝钛异种合金的连接。
2.如权利要求1所述的铝/钛异种合金超声波焊接方法，其特征在于步骤（1）中铝合金主要成分为镁与硅；钛合金为双相，在平衡态下主要为α相，β相为9~30%；所述铝合金与钛合金厚度为0.25~0.35 mm。
3.如权利要求1所述的铝/钛异种合金超声波焊接方法，其特征在于步骤（1）中铝合金去氧化膜的方法为：将铝合金薄片在浓度为5~12%的NaOH溶液中浸泡3~5 min，取出后用大量清水清洗，吹干；钛合金去氧化膜的方法为：将钛合金薄片置于15%HNO3+5%HF +80%H2O溶液中浸泡3~5 min，取出后用大量清水清洗，吹干。
4.如权利要求1所述的铝/钛异种合金超声波焊接方法，其特征在于步骤（2）中所述工艺参数为：焊接压力为0.4~0.7 MPa，焊接时间为80~170 ms，保压时间为350 ms。
5.如权利要求4所述的铝/钛异种合金超声波焊接方法，其特征在于所述焊接压力为0.5 MPa，焊接时间为150 ms。
CN201410469908.7A 2014-09-16 2014-09-16 铝/钛异种合金超声波焊接方法 Pending CN104400204A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410469908.7A CN104400204A (zh) 2014-09-16 2014-09-16 铝/钛异种合金超声波焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410469908.7A CN104400204A (zh) 2014-09-16 2014-09-16 铝/钛异种合金超声波焊接方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104400204A true CN104400204A (zh) 2015-03-11

Family

ID=52637903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410469908.7A Pending CN104400204A (zh) 2014-09-16 2014-09-16 铝/钛异种合金超声波焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104400204A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107262910A (zh) * 2017-08-17 2017-10-20 哈尔滨工业大学（威海） 一种提高铝/钛异种金属超声点焊接头强度的方法
CN107511582A (zh) * 2017-10-18 2017-12-26 哈尔滨工业大学（威海） 一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法
CN109848522A (zh) * 2019-02-21 2019-06-07 东北电力大学 一种双相不锈钢薄板超声辅助gtaw脉动电弧焊接方法
US10532421B2 (en) 2017-08-29 2020-01-14 Honda Motor Co., Ltd. UAM resistance spot weld joint transition for multimaterial automotive structures
US10870166B2 (en) 2018-02-01 2020-12-22 Honda Motor Co., Ltd. UAM transition for fusion welding of dissimilar metal parts
US11465390B2 (en) 2020-03-02 2022-10-11 Honda Motor Co., Ltd. Post-process interface development for metal-matrix composites

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58388A (ja) * 1981-06-25 1983-01-05 Toshiba Corp 超音波溶接における溶接部構造
JPH058388A (ja) * 1991-07-05 1993-01-19 Ricoh Co Ltd インクジエツトヘツド
CN101011776A (zh) * 2007-02-07 2007-08-08 哈尔滨工业大学 铝、铝合金及其复合材料超声振动液相焊接设备
CN101259567A (zh) * 2008-04-25 2008-09-10 哈尔滨工业大学 采用超声波振动进行多孔结构铝基复合材料塞焊的方法
JP2013031869A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Nissan Motor Co Ltd 超音波溶接装置及び超音波溶接装置で使用される超音波接合工具のローレット面加工方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58388A (ja) * 1981-06-25 1983-01-05 Toshiba Corp 超音波溶接における溶接部構造
JPH058388A (ja) * 1991-07-05 1993-01-19 Ricoh Co Ltd インクジエツトヘツド
CN101011776A (zh) * 2007-02-07 2007-08-08 哈尔滨工业大学 铝、铝合金及其复合材料超声振动液相焊接设备
CN101259567A (zh) * 2008-04-25 2008-09-10 哈尔滨工业大学 采用超声波振动进行多孔结构铝基复合材料塞焊的方法
JP2013031869A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Nissan Motor Co Ltd 超音波溶接装置及び超音波溶接装置で使用される超音波接合工具のローレット面加工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾纯: "铝/钛异种合金超声波焊接研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库·工程科技I辑》, no. 04, 15 April 2012 (2012-04-15) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107262910A (zh) * 2017-08-17 2017-10-20 哈尔滨工业大学（威海） 一种提高铝/钛异种金属超声点焊接头强度的方法
US10532421B2 (en) 2017-08-29 2020-01-14 Honda Motor Co., Ltd. UAM resistance spot weld joint transition for multimaterial automotive structures
US11344966B2 (en) 2017-08-29 2022-05-31 Honda Motor Co., Ltd. UAM resistance spot weld joint transition for multimaterial automotive structures
CN107511582A (zh) * 2017-10-18 2017-12-26 哈尔滨工业大学（威海） 一种提高软质金属和硬质金属异种材料超声波点焊接头强度的方法
US10870166B2 (en) 2018-02-01 2020-12-22 Honda Motor Co., Ltd. UAM transition for fusion welding of dissimilar metal parts
US11278985B2 (en) 2018-02-01 2022-03-22 Honda Motor Co., Ltd. UAM transition for fusion welding of dissimilar metal parts
CN109848522A (zh) * 2019-02-21 2019-06-07 东北电力大学 一种双相不锈钢薄板超声辅助gtaw脉动电弧焊接方法
CN109848522B (zh) * 2019-02-21 2021-04-27 东北电力大学 一种双相不锈钢薄板超声辅助gtaw脉动电弧焊接方法
US11465390B2 (en) 2020-03-02 2022-10-11 Honda Motor Co., Ltd. Post-process interface development for metal-matrix composites

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104400204A (zh) 铝/钛异种合金超声波焊接方法
CN101704160B (zh) 一种钨与铜及其合金异种金属连接方法
US10052710B2 (en) Resistance spot welding steel and aluminum workpieces using electrode weld face cover
CN102328153B (zh) 一种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺
Nagaoka et al. Joint strength of aluminum ultrasonic soldered under liquidus temperature of Sn–Zn hypereutectic solder
CN106001886A (zh) 利于不同金属点焊的锥形电流
CN105689884B (zh) 一种超声场辅助真空扩散连接装置及方法
CN101733494B (zh) 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的火焰软钎焊方法
CN103372710A (zh) 镁、铝异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法
TWI488974B (zh) 複合螺絲的製造方法
CN104646866B (zh) 一种钛合金焊接活性剂
CN101518848A (zh) 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法
JP5941805B2 (ja) 電池缶の封缶前洗浄方法
CN101448372B (zh) 一种防止smt器件引腿桥连的搪锡工艺
CN103128429A (zh) 钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法
CN104708181A (zh) 一种铝合金空心圆环件的焊接方法
CN106048543A (zh) 半导体晶片表面真空镀膜工艺
CN109648185B (zh) 一种高强耐腐蚀Mg/Al连接接头的超声辅助瞬间液相扩散连接方法
CN103182594A (zh) 铝合金仪表板横梁焊接方法
CN102626839A (zh) 一种用于钛合金钨极氩弧焊的活性剂
CN108213693A (zh) 一种钛合金和铝合金的焊接方法
CN107570859A (zh) 一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法
JP6561481B2 (ja) 鉄鋼材料の接合方法
JP6677945B2 (ja) 金属部材の接合方法
EP0123382A1 (en) Diffusion bonding of aluminium surfaces coated with gallium

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150311