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超声波辅助钎焊技术简介

发布日期:2012-02-23 文章作者:李大成 许志武 叶广郁 闫久春 文章来源:机械制造文摘—焊接分册 浏览次数:4347次
    O前言
       频率大于20 kHz的声波称为超声波:超声波是一种波动形式,在强度较低时可以作为探测负载信息的载体与媒介,称为检测超声。超声波又是一种能量形式,其强度超过一定值时,就可以通过它与传声媒质的相互作用去影响、改变以至破坏后者的状态、性质及结构,称为高能超声。
       超声波在介质中传播时能产生一些超声效应,如线性的交变振动作用、非线性效应、机械作用、空化作用,尤其是在液体中传播时产生的空化作用、声流,能在液体内部瞬时产生局部高温、几百个大气压,并产生冲击波,对破坏氧化膜、促进原子扩散,促进物质的溶解、冲刷同体表面等非常有利。
       最初发明的超声波钎焊是为了实现在大气条件下无钎剂的钎焊,代替钎焊过程采用的钎剂。而最早应用于铝合金的钎焊,随着超声波钎焊的发展逐渐的被应用到电子器件的焊接中,焊接的材料不但有铝合金也包括电子行业中应用广泛的铜合金。近几年,随着超声波钎焊的进一步发展,其他润湿差的金属、陶瓷以及玻璃等也实现了有效连接。同时也发展了对于新兴的双相体材料含有陶瓷增强体的铝基复合材料的超声波钎焊。
      下面就超声波辅助钎焊铝基复合材料工艺做一下简要的概述:本研究采用的超声波辅助钎焊,就是利用超声波空化作用去除金属表面的氧化膜,促进钎料与母材的润湿,实现复合材料的有效连接。
超声波辅助钎焊铝基复合材料工艺
1.1 实验材料
       颗粒增强铝基复合材料是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一,具有重量轻、比强度高、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能,以及良好的耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等优点:它有着极为显著的低成本优势,而且制备难度小,制备方法也灵活多样,并可以采用传统的冶金设备进行二次加工,易于实现批量生产。近几年,颗粒增强铝基复合材料的工程应用特别是航空航天应用取得了一系列重大进展,部分品种尤其是铝基电子封装复合材料已开始步入商业化阶段。
      本研究主要采用无压浸渗工艺制备的55%SiCpA356复合材料,其中增强相颗粒选用小粒径(10 µm)SiC颗粒与大粒径(50 µm) SiC颗粒进行混合,使小颗粒填充到大颗粒的间隙,从而实现了55%的体积分数。如图1所示,SiC颗粒分布均匀,铝合金基体充分填充于SiC颗粒之间,界面结合良好。
       本研究所采用的钎料为Zn-Al合金,钎料的显微组织南大部分的µ-Zn相与少量的(α+η)共晶相组成(见图2),其熔点为380℃,化学成分如表1所示。
1.2 实验设备及装置
      本研究采用一种可实现局部加热、焊接操作灵活的超声波辅助精密钎焊设备。运用本焊接设备可以实现大气环境下的钎焊,并能够满足大尺寸、复杂构件焊接的需要。
      超声波振动装置如图3所示,它包括超声波电源、超声波换能器、钛合金变幅杆、气压加压机构、温度测试反馈机构、工作平台等。超声波的输出功率为1kW

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