專利名稱：通過冶金反應(yīng)焊接輕金屬工件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于結(jié)合例如鋁合金或鎂合金的金屬合金工件的固態(tài)焊接工藝。包括 流動低熔點含液體材料的反應(yīng)產(chǎn)物暫時性地形成在結(jié)合表面之間。該流動材料被形成和用 來制備清潔的、無氧化物的鋁或鎂表面。然后，清潔表面壓靠在一起以將反應(yīng)產(chǎn)物驅(qū)出且在 不熔化襯面(facing surface)的情況下形成金屬-金屬結(jié)合。該工藝被實施以管理工件 的襯面的消耗和變形。
背景技術(shù)：
由于存在快速成形的氧化物層以及輕金屬固有的高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，結(jié)合例如鋁 合金或鎂合金的輕金屬是復(fù)雜的。這兩種類型的合金的點焊通常是困難的，且需要準(zhǔn)備工 件表面、高電流、大的力和適當(dāng)?shù)貦C械對齊且穩(wěn)定的電極。由于在工件合金與銅電極之間的 反應(yīng)，電極壽命通常短。得到的焊接件可具有高強度但是在一些情形中(尤其對于鎂合金) 具有較差的高循環(huán)疲勞性能。獲得由本發(fā)明所形成的具有大表面面積的強且剛性的接頭的替代方式是結(jié)構(gòu)性 粘結(jié)結(jié)合。該結(jié)合技術(shù)需要使用昂貴的粘結(jié)劑以及特定涂覆的基底，以防止接頭的環(huán)境降 級。粘結(jié)劑被設(shè)計成在用于固化油漆的爐中固化，但是，例如鉚接或點焊的固接方法必須與 粘結(jié)劑結(jié)合使用，以在粘結(jié)劑固化之前暫時性地緊固該結(jié)構(gòu)以及在固化之后提供附加的結(jié) 構(gòu)性能。這些技術(shù)需要另外的結(jié)合設(shè)備。對于鉚接，需要大量庫存的昂貴鉚釘來結(jié)合結(jié)構(gòu) 中遇到的各種量表組合。對于點焊，涂層和粘結(jié)劑必須與焊接工藝相容。仍需要形成鋁合金工件或鎂合金工件的大面積焊接件的工藝。這種焊接工藝可用 于例如在制造機動車輛中結(jié)合輕質(zhì)車身板或車身結(jié)構(gòu)部件。這種焊接工藝還可用于將鍍鋅 鋼部件或涂覆鋁的鋼部件結(jié)合到鋁或鎂部件。

發(fā)明內(nèi)容
例如鋁合金和鎂合金的金屬合金工件通過冶金反應(yīng)(reactionmetallurgy)結(jié)合 工藝來結(jié)合。通過將合適的反應(yīng)材料層放置在要焊接的表面之間以便與表面材料形成合金 和在現(xiàn)場形成瞬態(tài)流動含液體反應(yīng)產(chǎn)物(通常是共晶混合物)，從而形成固態(tài)焊接件。該液 相的形成用于在預(yù)期焊接表面處從固態(tài)焊接件移除氧化物和其它障礙物。裝配工件的界面 區(qū)域被加熱以形成流動反應(yīng)產(chǎn)物但是仍維持在低于工件固相線溫度的溫度處。在起到其表 面制備功能之后，該反應(yīng)產(chǎn)物從界面擠出，且清潔的受熱接觸固態(tài)表面被壓靠在一起以形 成固態(tài)焊接件。該工藝還可用來將涂覆鋁的鋼工件或涂覆鋅的鋼工件結(jié)合到例如鋁合金工件或 鎂合金工件的輕質(zhì)材料上。冶金反應(yīng)結(jié)合工藝可用來焊接許多不同的工件形式?？捎衫缙?、其它鍛造形 狀(例如擠出件(管或桿))和/或鑄件提供襯面。例如片材金屬板可彼此結(jié)合以制成封 閉面板。且在車輛結(jié)構(gòu)的制造中，管狀車身框架構(gòu)件可結(jié)合到鑄造角部或基部構(gòu)件?？梢钥闯觯摴に嚳捎糜谏a(chǎn)機動車輛構(gòu)件和其它制造物品。該冶金反應(yīng)結(jié)合工藝的應(yīng)用首先將關(guān)于結(jié)合類似輕金屬合金的工件來說明，例如 將鋁合金片材結(jié)合到另一鋁合金片材。工件的結(jié)合表面可首先清除先前工藝材料以及妨礙 要焊接表面之間良好接觸的其它異物。本冶金反應(yīng)結(jié)合工藝包括在鋁合金片材材料之間放置反應(yīng)材料層，反應(yīng)材料可包 括金屬元素或合金。放置在結(jié)合表面之間且抵靠結(jié)合表面的該材料將被加熱并用來與工件 襯面起反應(yīng)(典型地，分散到工件元素中且與工件元素形成合金)，從而形成包括合適量的 低熔點液體(即，在低于任一面對面的工件的固相線下形成液體)的反應(yīng)產(chǎn)物。該反應(yīng)產(chǎn) 物被形成以將氧化物和其它化學(xué)障礙物從工件的鋁基(或鎂基)材料之間的焊接件去除。 除了液體之外，反應(yīng)產(chǎn)物可包括形成的固體或夾帶的固體等，但是低熔點液體是反應(yīng)產(chǎn)物 的必要部分。預(yù)先確定放入的反應(yīng)材料的成分和數(shù)量，以形成合適量的液體及其合適流動 性，從而液體使表面清潔并然后從界面被擠出(與所具有的任何固體一起)。這在低于工件 的固相線溫度的溫度下完成。因此，放入的反應(yīng)材料與工件表面的反應(yīng)將材料從工件去除。 這可改變工件的關(guān)鍵尺寸。因此，放入的反應(yīng)材料的量是預(yù)先確定的，例如通過計算、憑經(jīng) 驗或通過實驗來預(yù)先確定，以在不會過度去除工件材料的情況下制備工件表面。放入的反應(yīng)材料可以是薄片材、線(Wire)、篩、薄片或顆粒的形式。在結(jié)合鋁合金 工件的實施例中，添加的材料被選擇成與面對面的片材表面中的鋁接觸并反應(yīng)，從而形成 共晶狀的低熔點相。存在與鋁(具有660°C的熔點)形成低熔點液體的多種元素，這些元素 包括銅、硅、鋅和鎂。由鋁和這些元素所形成的二元合金的最低固相線溫度是對于Cu-Al， 548°C ；對于Si-Al，577°C ；對于Zn_Al，381°C ；以及對于Mg_Al，437°C。只要在低于工件的 固相線溫度的溫度下形成合適的液體體積，包括這些元素的合金就可用作反應(yīng)材料。對于 鎂合金工件，存在與鎂(具有650°C的熔點)形成低熔點液體的大量相同元素。這些元素包 括銅、鋅和鋁。由鎂和這些元素所形成的共晶和近似共晶合金成分的最低固相線溫度是對 于Cu-Mg，487°C ；對于Zn-Mg，340°C ；以及對于Al_Mg，437°C。且合金可用作反應(yīng)材料，反應(yīng) 材料可包括工件基體金屬與添加元素的組合，例如，用于結(jié)合鋁合金部件的Al-Si合金或 Al-Si-Cu合金。作為本發(fā)明的另一實施例，可使用具有顯著不同成分的顆?；旌衔铮擃w粒 混合物起反應(yīng)以形成包含液體的相。例如，銅和鋁顆粒的合適混合物可生成與鋁結(jié)合表面 起反應(yīng)并使其濕化的液體，但是產(chǎn)生大量的反應(yīng)產(chǎn)物而不消耗過多量的要結(jié)合的部件。在本發(fā)明的一些實施例中，涂覆鋁的鋼構(gòu)件或涂覆鋅(鍍鋅)的鋼構(gòu)件可結(jié)合到 輕金屬工件。在這種實施例中，鋼構(gòu)件上的鋅或鋁涂層可提供或貢獻用于清潔輕金屬工件 表面的反應(yīng)材料，并因此允許在鐵和鋁或鐵和鎂表面之間形成固態(tài)焊接件。在本發(fā)明的一些實施例中，一個工件或兩個工件的結(jié)合面可形成有表面特征，例 如用于保持界面反應(yīng)材料的淺袋或腔。該腔可由用于接合工件襯面的襯墊或凸起部界定。 工件材料的這些表面特征被定形狀成暫時性地保持反應(yīng)材料，直到裝配的工件被加熱至開 始焊接工藝。于是，反應(yīng)材料與工件表面特征進行反應(yīng)，以形成具有低熔點液體的反應(yīng)產(chǎn)物 并將用于焊接的工件表面變平。具有放入的反應(yīng)材料的工件可支承在合適的框架、夾具、吊架等上。加熱設(shè)備和壓 制設(shè)備被用來將工件壓靠反應(yīng)材料，且反應(yīng)材料被加熱到低于工件的固相線溫度的溫度， 但是被加熱至適于促進反應(yīng)從而形成反應(yīng)產(chǎn)物并清潔輕金屬表面的溫度。在本發(fā)明的許多
5實施例中，裝配的工件可直接支承在用于受控加熱和壓制工件的機構(gòu)或設(shè)備上。例如，恰當(dāng) 成形的加熱塊可用于接合工件的后側(cè)(即，非結(jié)合側(cè))。這種加熱塊(例如，可以是電阻加 熱塊)定形狀成接合面向外的工件表面，以將工件的結(jié)合面壓靠共延地放置的反應(yīng)材料， 并將熱量通過至少一個工件傳導(dǎo)至反應(yīng)材料。但是，本發(fā)明的實踐并不局限于電阻加熱?？?使用許多其它加熱裝置和能量施加裝置來加熱放置在要結(jié)合的表面處的反應(yīng)材料。這種冶金反應(yīng)實踐對于在較大表面面積上將工件焊接在一起來說是有用的。根據(jù) 本發(fā)明，實踐該方法以管理焊接物品的尺寸并使得在焊接界面處的構(gòu)件扭曲最小化。這例 如在工件是具有僅幾個毫米或更少厚度的片材金屬合金時是尤其重要的。這種尺寸控制是 這樣完成的通過控制由反應(yīng)材料消耗和作為反應(yīng)產(chǎn)物丟棄的工件材料的量，以及控制在 結(jié)合期間由工件經(jīng)歷的變形量。界面的溫度在加熱步驟中被精密控制，以形成流動反應(yīng)產(chǎn)物且同時保持低于工件 面的固相線溫度。例如，AA6061工件可具有約582°C的固相線溫度而鋁銅共晶物可在約 548°C熔化。熱電偶和溫度控制器可被用來控制界面溫度。要對在界面處施加的壓力給予 關(guān)注，以使得焊接區(qū)域的扭曲最小化。所施加的第一壓力可用來形成用于清潔輕金屬表面 的反應(yīng)產(chǎn)物，且然后第二壓力被用來使反應(yīng)產(chǎn)物從清潔面之間移動。但是壓力和工件移動 被保持在使得清潔但被加熱的焊接面的不期望變形最小化的水平。界面移動可由例如作用 在加熱塊上的伺服馬達控制，或由塊之間的機械止擋塊控制。方案1 一種在第一輕金屬合金工件的第一結(jié)合表面與(i)第二輕金屬合金工件 或(ii)鋼工件中的一個的第二結(jié)合表面之間形成固態(tài)焊接件的方法，所述輕金屬是鋁或 鎂，鋼工件的結(jié)合表面涂覆鋁或鋅；所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和 所述第二結(jié)合表面接觸的形式的金屬元素、或者兩種或更多種元素的合金、或者兩種或更 多種不同元素或合金的混合物選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加熱到 低于所述第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反應(yīng)，以 便形成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面地分 隔開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉一個或兩個工件的指定 量；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材 料加熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉所述面對面的工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大 致所有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接接頭與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地形 成。方案2 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鋁合金工件結(jié)合到 第二鋁合金工件。方案3 根據(jù)方案2所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選自 包括銅、鎂、硅和鋅的組的至少一種金屬元素。方案4 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鎂合金工件結(jié)合到
6第二鎂合金工件。方案5 根據(jù)方案4所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選自 包括鋁、銅和鋅的組的至少一種金屬元素。方案6 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述第一輕金屬工件結(jié) 合到鋼工件，其中所述鋼工件的所述結(jié)合表面涂覆鋁或鋅，且所述鋁或鋅提供用于與所述 輕金屬合金工件的所述結(jié)合表面反應(yīng)的所述反應(yīng)材料的至少一部分。方案7 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，兩個工件都是厚度在從 約四分之三毫米至約四毫米范圍內(nèi)的輕金屬合金片材，且所述反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定， 以消耗掉兩個片材工件中較薄者的厚度的不超過約10%。方案8 根據(jù)方案7所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述工件是鋁合金片材 且所述反應(yīng)材料包括銅。方案9 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述第一輕金屬合金工 件的所述結(jié)合表面初始地形成有用于保持所述反應(yīng)材料的腔，所述反應(yīng)材料在受熱時與結(jié) 合表面合金材料反應(yīng)，從而在形成反應(yīng)產(chǎn)物時限定所述腔。方案10 根據(jù)方案1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，還包括在至少一個工件的結(jié)合表面中形成用于反應(yīng)材料的腔，并將反應(yīng)材料放置于所述 腔中；以及制備所述工件的組件，使得所述反應(yīng)材料在受熱時與結(jié)合表面合金材料反應(yīng)，從 而在形成反應(yīng)產(chǎn)物時限定所述腔。方案11 一種在第一輕金屬合金片材工件的第一結(jié)合表面與第二輕金屬合金片 材工件的第二結(jié)合表面之間形成固態(tài)焊接件的方法，每個輕金屬合金工件是鋁合金或鎂合 金，每個片材具有在從約四分之三毫米至約四毫米范圍內(nèi)的初始厚度，所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和 所述第二結(jié)合表面接觸的形式的金屬元素、或者兩種或更多種元素的合金、或者兩種或更 多種合金或元素的混合物選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加熱到低于 所述第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反應(yīng)，以便形 成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備片材工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面 地分隔開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉任一片材工件的厚 度的不超過約十分之一；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材 料加熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉所述面對面的工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大 致所有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述片材金屬結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接件與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地形 成。方案12 根據(jù)方案11所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鋁合金工件結(jié)合 到第二鋁合金工件。方案13 根據(jù)方案12所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選自包括銅、鎂、硅和鋅的組的至少一種金屬元素。方案14 根據(jù)方案11所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鎂合金工件結(jié)合 到第二鎂合金工件。方案15 根據(jù)方案14所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選 自包括鋁、銅和鋅的組的至少一種金屬元素。方案16 —種在第一輕金屬合金工件的第一結(jié)合表面與鋼工件的第二結(jié)合表面 之間形成固態(tài)焊接件的方法，所述鋼工件的結(jié)合表面涂覆鋁或鋅；所述輕金屬合金是鋁合 金或鎂合金，所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和 所述第二結(jié)合表面接觸的形式的(i)涂覆在所述鋼工件上的鋁或鋼、以及任選地(ii)金屬 元素或者兩種或更多種元素的合金選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加 熱到低于所述第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反 應(yīng)，以便形成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面地分 隔開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉輕金屬合金工件的指定 量；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材 料加熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉至少輕金屬合金工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大 致所有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接結(jié)合部與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地 形成。方案17 根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述金屬工件能包括選自包括陽極化涂 層、鋁化涂層、鍍鋅退火處理涂層和鍍鋅涂層的組中的表面涂層。方案18 根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述第一預(yù)定時間段根據(jù)用于使所述反應(yīng) 產(chǎn)物將金屬氧化物從工件襯面去除所需要的時間確定。方案19 根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述組件使用焊接伺服槍來壓制和加熱。方案20 根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述裝配工件通過電阻加熱、傳導(dǎo)加熱和 感應(yīng)加熱中的至少一種來加熱。方案21 根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述裝配工件經(jīng)受機械運動、機械振動或 超聲激勵，以促進所述反應(yīng)產(chǎn)物的形成。因此，可實施本發(fā)明的冶金反應(yīng)結(jié)合工藝以在表面面積的較寬范圍上在輕金屬表 面之間形成固態(tài)焊接件。該工藝適用于片材對片材的焊接，且適用于在許多其它鍛造和鑄 造工件形狀之間形成焊接。通過下述詳細說明和附圖，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)勢以及新的有用結(jié)果對于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說將顯而易見。


圖1A-1C示出了工藝的示意性截面圖，示出了形成固態(tài)接頭的三個階段。工件和加熱塊的尺寸不必按比例繪出，而是為了描述焊接工藝的實施例。圖2示出了整體表面特征的第一實施例，整體表面特征可包括在一個或兩個工件 的結(jié)合表面中，以接收反應(yīng)材料并允許更好地控制整體接頭厚度。圖3示出了整體表面特征的第二實施例，整體表面特征可包括在一個或兩個工件 中，以接收反應(yīng)材料并允許更好地控制整體接頭厚度。圖4是在結(jié)合金屬部件的工藝的實施例中用于加熱和施加壓力到焊接界面的設(shè) 備(電阻焊槍臂)的示意圖。圖5是工藝實施例的示意圖，在工藝中，要焊接的兩個工件的幾何形狀抑制或防 止用于加熱焊接界面的兩側(cè)通路。圖6示出了工藝的實施例，在工藝中，要在兩個構(gòu)件之間的非平行表面上形成多 個接頭。圖7示出了大致使用本發(fā)明制得的焊接件的部分截面的低放大倍數(shù)顯微照片，示 出了接頭、一些捕獲的黃銅合金和驅(qū)出的黃銅合金。圖8示出了在圖7中示出的焊接件的一部分的高放大倍數(shù)顯微照片，示出了接頭 和一些捕獲的黃銅合金。
具體實施例方式在本發(fā)明的許多實施例中，該工藝可被用來在鋁合金工件之間或鎂合金工件之間 形成固態(tài)焊接界面。鋁基合金的示例是AA5083(固相線溫度574°C )、AA5454(固相線溫度 602°C )和AA6061(固相線溫度582°C )。鎂基合金的示例是AZ31 (固相線溫度605°C )、 AM60(固相線溫度540°C )和ZK60(固相線溫度520°C )。在本發(fā)明的其它實施例中，涂覆 鋁的鋼工件或涂覆鋅的鋼工件可被焊接到鋁合金或鎂合金工件。該工藝通常被用于焊接片材或在接頭位置處具有相對薄壁的其它工件。圖1A-1C 被用于描述這種實施例。在圖1A中，兩個金屬工件10和20(在此示出為疊置結(jié)構(gòu))分別位于兩個支承塊 15和25之間，其中顆粒反應(yīng)材料12的層位于要焊接的工件10、20的預(yù)期結(jié)合表面之間。 在工件由鋁合金形成時，反應(yīng)材料例如可以是元素銅、鎂、硅、和/或鋅。當(dāng)工件由鎂合金形 成時，反應(yīng)材料可以是元素鋁、銅、和/或鋅?；蛘哌@些元素的混合物或包含這些元素的合 金可被用作反應(yīng)材料。關(guān)于反應(yīng)材料的顆粒形式的描述并不旨在進行限制。也可使用替代的形式，例如 箔、線、網(wǎng)或織物，但是如在本說明書中后述部分更完整介紹的，在一些具體實施例中，具有 不規(guī)則幾何形狀的材料形式(例如，顆粒、線或織物)可相對于箔具有優(yōu)勢。反應(yīng)材料12 可手動或用機器人傳送到結(jié)合區(qū)域，作為固體或(尤其是對于顆粒形式)作為分散體或在 可分配流體中的糊狀物夾帶，該可分配流體對工藝有利或者將在工藝期間蒸發(fā)掉。這些過 程是結(jié)合領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。工件經(jīng)受通過支承塊施加且導(dǎo)向成法向于支承塊的第一壓力p，第一壓力p足以 在工件接觸表面11和21與反應(yīng)材料12之間建立至少良好的機械接觸。在圖1B中，工件10、20和顆粒反應(yīng)材料12仍然在壓力p下被加熱至足以使反應(yīng)材 料12分散到工件表面11和21的鋁合金成分或鎂成分中或以其它方式與其相互作用的工
9藝溫度T，從而形成反應(yīng)產(chǎn)物14。反應(yīng)產(chǎn)物14包括低熔點液體，包括通過與工件10、20的 表面11、21的反應(yīng)和部分溶解而引入的初始反應(yīng)材料和添加元素成分。該低熔點液體也可 包括從表面11和21去除的固體氧化物等。應(yīng)當(dāng)理解的是，顆粒反應(yīng)材料12被選擇具有這 樣的初始成分添加來自于工件10和20的合金元素不會將反應(yīng)產(chǎn)物14的熔點升高至大于 工藝溫度T的溫度。更具體地，添加其它元素至反應(yīng)材料12以生成反應(yīng)產(chǎn)物14將導(dǎo)致反 應(yīng)材料的熔點的進一步降低(例如，在三元、四元或更高元成分的共晶合金中觀察到的)。如上所述，反應(yīng)材料12可被用于不同和/或組合的固體形式，例如顆粒、線、篩、片 材或膜。但是放入材料的成分和形狀被選擇成破壞要焊接的鋁合金或鎂合金工件的襯面 (例如，表面11和21)上的氧化物膜和其它表面成分，以形成包含流體液體的反應(yīng)產(chǎn)物14。 通過在加熱期間發(fā)生在裝配襯面11和21與放入反應(yīng)材料12之間氧化物膜的附加機械破 壞，可促進反應(yīng)產(chǎn)物14的更快速成形。這可通過使用機械動作和超聲激勵來完成，該機械 動作可以是橫向于結(jié)合表面的動作，超聲激勵可在遠離焊接區(qū)域的便利位置施加且通過支 承塊15和25傳送到焊接區(qū)域。當(dāng)一個工件是涂覆鋁或涂覆鋅的鋼工件時，鋅或鋁涂層可構(gòu)成用于與面對面的鋁 合金或鎂合金工件反應(yīng)的反應(yīng)材料12的至少一部分。且反應(yīng)材料的量被確定成用于合適 地清潔固態(tài)焊接件的工件襯面，其中各自工件的厚度的確定量被去除。優(yōu)選地是，具有其液體或液體與固體的反應(yīng)材料14的流動性將導(dǎo)致其在所施加 的壓力P下分配到工件10和20之間接觸的整個受壓區(qū)域，以形成反應(yīng)區(qū)域16，該反應(yīng)區(qū)域 比反應(yīng)材料12的顆粒初始分配的區(qū)域要更寬闊。已經(jīng)描述了在采用在反應(yīng)溫度T下呈固體的更高熔點反應(yīng)材料時的本發(fā)明的實 踐。應(yīng)當(dāng)理解的是，在反應(yīng)溫度T下呈液體的低熔點反應(yīng)材料將同等地適用。由于所施加的壓力p，液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物14將從反應(yīng)區(qū)域16部分地驅(qū)出，但在本發(fā)明 的期望實踐中，熔化反應(yīng)材料14的薄膜將存在于無氧化物工件表面11’和21’之間，從而 防止表面彼此接觸。更重要地，熔化反應(yīng)材料14的薄膜將防止大氣中的氧進入到反應(yīng)區(qū)域 16中，并因此使得允許面11，和21，持續(xù)不被氧化。在圖1C中，在圖1B中示出的接頭構(gòu)造經(jīng)受第二壓力P，該第二壓力總體上明顯大 于P且足以將反應(yīng)產(chǎn)物14大致完全驅(qū)出反應(yīng)區(qū)域16，從而允許無氧化物工件表面11’和 21’實現(xiàn)緊密接觸且同時處于操作溫度T，故因此在反應(yīng)區(qū)域16生成固態(tài)結(jié)合，在其周邊具 有殘余反應(yīng)產(chǎn)物14。最終，結(jié)合的工件被允許冷卻至約室溫且反應(yīng)產(chǎn)物14允許固化。反應(yīng)產(chǎn)物14然 后可從焊接區(qū)域的周邊去除。應(yīng)當(dāng)理解的是，在施加壓力p或壓力P時，將得到相關(guān)的位移。如上所示，認為與 壓力P相關(guān)的該位移對于破裂或破壞氧化物層是有益的，該氧化物層否則將抑制反應(yīng)。然 而，與壓力P相關(guān)的位移可能是有害的，因為壓力P將施加到工件10和20的加熱區(qū)域以及 反應(yīng)區(qū)域16，在反應(yīng)區(qū)域中反應(yīng)材料12已經(jīng)被轉(zhuǎn)換成反應(yīng)產(chǎn)物14。加熱區(qū)域?qū)⒈揉徑?冷區(qū)域更軟，且因此可更為容易地被支承塊15和25凹印。任何這種壓印將導(dǎo)致在接頭處 的工件變薄且因此可降低其強度。由于工件10和20的部分與反應(yīng)材料12反應(yīng)并隨后從 接頭驅(qū)出而消耗掉，因此工件10和20的部分將已經(jīng)不能有助于接頭，由于變薄而導(dǎo)致接頭 強度的進一步降低可能不是期望的。
10
對于接頭和整個系統(tǒng)(反應(yīng)材料和工件)的冶金過程的設(shè)計需求被考慮且該工藝 被實踐成將工件的界面處變薄或變形限制至合適的范圍。例如，考慮使用銅箔作為反應(yīng)材 料將3mm厚的鋁片材結(jié)合至相同片材并限制鋁的最大損失為每個片材的0. 3mm。對于這些 條件和約束，且已知形成的反應(yīng)產(chǎn)物(14)是具有按重量計約34%的銅成分的Al-Cu共晶 物，可以直接計算銅箔的厚度應(yīng)當(dāng)小于0.091mm。這當(dāng)然假定期望厚度的箔是可容易獲得 的。此外，當(dāng)考慮更為復(fù)雜的合金系統(tǒng)時，得到反應(yīng)產(chǎn)物(14)的成分將不是作為先驗知識 已知。在考慮這兩個問題時，期望的是識別替代的方法。因此，在本發(fā)明的第二實施例中，不是施加壓力P，而是優(yōu)選地施加位移5，位移 6足以實現(xiàn)期望的固態(tài)焊接件但是旨在限制或最小化接頭變薄。于是，本發(fā)明的實踐將需 要將對支承塊的控制從負載控制(施加壓力P)轉(zhuǎn)換成在工藝進行時的位移控制(施加位 移S)。用于實現(xiàn)該目的的手段是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。圖1示出了具有例如在碾軋或擠出產(chǎn)品中觀察到的大致平坦或平滑結(jié)合表面的 工件10和20。然而，可以設(shè)想的是，本發(fā)明也可在結(jié)合表面形成有用于保持反應(yīng)材料并放 置于另一工件的互補結(jié)合襯面上的淺凹部或凹口時實施。例如，鑄造產(chǎn)品提供機會以容易 地引入淺容器，用于將反應(yīng)材料暫時性地固定在工件的其它平坦或無特征結(jié)合表面中而不 需要獨立的機加工步驟。且容器的壁或側(cè)面的低界定表面便利地提供用于與放置的反應(yīng)材 料進行反應(yīng)的鋁合金或鎂合金材料。這種凹部或凹口的示例在圖2中示出。圖2是工件的局部視圖，該工件具有工件 的預(yù)期結(jié)合表面的一部分。在該實施例中，工件可是鑄造物體，其中結(jié)合表面部40形成有 突出高于工件表面40的預(yù)期正常水平較小距離(例如，1微米左右)的多個平行條帶42。 在此，結(jié)合表面40是較大鑄造工件的一部分。反應(yīng)材料12的離散顆粒(或線或其它形狀) 示出在條帶42的上表面43上且在條帶42之間的112處。當(dāng)該工件被裝配在第二工件上 時，條帶42的表面43可初始接合相對的結(jié)合表面。當(dāng)裝配的工件的結(jié)合表面壓靠在一起 且表面被加熱時，反應(yīng)材料12和112可與條帶42材料反應(yīng)并與襯面反應(yīng)，以形成具有低熔 點液體內(nèi)容物的反應(yīng)產(chǎn)物。條帶42在該反應(yīng)中可被消耗掉，以便為要在工件之間形成的焊 接件提供更多表面區(qū)域。反應(yīng)材料的量以及條帶的尺寸和數(shù)量(或其它凹部界定材料)優(yōu) 選地預(yù)先確定，以去除條帶并利于驅(qū)出流動的反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)材料112在凹部或腔中的這種分配在本發(fā)明的許多實踐中是有益的。在反應(yīng) 材料與腔表面之間增加的接觸可增強反應(yīng)物與工件結(jié)合表面之間的相互作用。表面的更大 表面區(qū)域?qū)⒈┞队诜磻?yīng)材料，用于去除表面氧化物層。即使不完全被反應(yīng)材料消耗掉，任何 殘余表面凸起部也可由壓力P變形，從而減少工件的整體變形并產(chǎn)生能夠經(jīng)歷期望固態(tài)結(jié) 合的大致平坦界面。圖3示出了這種工件結(jié)合表面的另一個變型，其中十字形條帶或壁42形成在工件 表面40上，以限定用于保持反應(yīng)材料顆粒112的淺腔44。應(yīng)當(dāng)理解的是，條帶的上表面43 雖然描述為平坦的，但是可制造成帶有一定范圍的外形(topographies)，尤其是可允許相 對的工件上的氧化物層更有效地破壞的這種外形。這些外形包括用高壓空氣噴沙或噴砂以 便提供不光滑的、粗糙表面紋理而形成的外形。上述說明旨在描述適用于較寬范圍的工件的工藝。反應(yīng)材料的金屬元素或合金成 分基于構(gòu)成相應(yīng)工件的結(jié)合表面的鋁合金或鎂合金的成分來確定且應(yīng)當(dāng)選擇使得其滿足下列標(biāo)準(zhǔn)a.引入到工件的加壓區(qū)域之間的間隙中的反應(yīng)材料(或多成分顆粒混合物的獨 立成分顆粒)的固相線溫度可高于或低于工件的固相線溫度。但是當(dāng)與工件反應(yīng)或形成合 金時，反應(yīng)材料必須生成固相線溫度低于工件的固相線溫度的合金(反應(yīng)產(chǎn)物)，使得用于 形成反應(yīng)產(chǎn)物的工藝溫度T將不會導(dǎo)致過量的工件變軟；b.當(dāng)熔化時，通過反應(yīng)材料與工件表面的反應(yīng)所形成的合金必須在清除氧化物和 其它障礙物時至少濕化工件表面，以在清潔的表面之間形成固態(tài)焊接件。更具體地，該合金 還將濕化氧化工件表面，使得熔化合金可散播在整個加壓結(jié)合區(qū)域上并與工件相互作用；c.當(dāng)工件的最大部分已經(jīng)被溶解且當(dāng)合金可包括預(yù)先存在的工件氧化物的顆粒 時，在工藝的結(jié)束時形成的合金應(yīng)當(dāng)具有這樣的粘度，使得其通過所施加的壓力P從工件 加壓區(qū)域之間的間隙大致完全驅(qū)出。僅關(guān)于上述說明，本發(fā)明可實踐于類似成分的工件中，例如具有相同或不同成分 或合金系列的鋁合金；具有不同成分的工件，其中例如鋁和鎂、鋼和鋁；以及用于自身或其 它合金的涂覆材料，例如，鍍鋅鋼到陽極化鋁。
對于涂覆鋅或鋁的鋼，涂層可用作反應(yīng)材料的一部分。對于其它涂覆材料，反應(yīng)材 料12的數(shù)量和成分可被選擇，以去除所有的涂層，包括在涂層與基底之間形成的任何反應(yīng) 產(chǎn)物。在特定情形中，如果涂層與基底之間的結(jié)合足夠強或者如果涂層的有益效果是結(jié)合 中所期望的，那么可能的是去除僅一部分涂層。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解的是，基底與涂層之間的結(jié)合 必須自身能夠進行固態(tài)焊接。作為示例，對于在鋁或鎂上的陽極化涂層，將期望完全去除涂 層；對于鍍鋅鋼、鍍鋅退火處理鋼或鋁化鋼(其中粘結(jié)性界面層在涂層與基底之間形成)， 簡單地去除表面氧化物且用界面層促進充分粘結(jié)可能就足夠的。圖4示出了用于實踐本發(fā)明的另一實施例且描述了圖1中示出的包括在支承框架 中的元件，該元件可以是點焊伺服槍。在圖4中示出機械特征的構(gòu)造僅是示例性的且不應(yīng) 被認為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明可采用以不同方式來致動的點焊伺服槍以及除了點焊伺 服槍之外的裝置和機構(gòu)來實施。然而，使用點焊伺服槍是有利的，因為該工藝需要編程的施 加力和/或位移——當(dāng)前伺服槍設(shè)計中容易獲得的能力。為了制造所描述的在工件10和20之間的接頭，將按照下述過程將適當(dāng)量的反應(yīng)材料12放置在預(yù)期結(jié)合區(qū)域；打開喉部60以允許用工件10和20之間的顆粒反應(yīng)材料12加載工件10和20。 在圖4所示的設(shè)置中，這通過將可移動臂58在箭頭55所示的方向上繞樞軸線52轉(zhuǎn)動直到 可移動臂58與固定臂57之間的間隙60足以引入工件來完成；通過將可移動臂58在與箭頭55所示相反的方向上繞樞軸線52轉(zhuǎn)動以關(guān)閉喉部 60，以允許支承塊15和25接觸工件10和20的表面13和23并施加壓力p ；將工件10、20和顆粒反應(yīng)材料12加熱至溫度T ；在足以允許顆粒反應(yīng)材料12與工件10和20完全反應(yīng)的時間之后，施加增大的力 P(或在替代的實施例中，特定的位移S )，以驅(qū)出反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物14 ；停止加熱；和打開喉部60以將焊接工件移開。加熱可使用多種方法來完成。例如，電阻加熱可與支承襯墊15、25 —起使用，以在預(yù)定時間內(nèi)將預(yù)定電流傳送通過加壓區(qū)域。替代性地，支承襯墊可在外部加熱，例如通過包 括盒式加熱器(未示出)，依賴于傳導(dǎo)來將熱量傳輸?shù)焦ぜ缑?1和21-傳導(dǎo)加熱。最后， 包括感應(yīng)線圈來使用感應(yīng)加熱是可行的。類似地，在工件之間形成接頭之后，可采用將工件冷卻的多種方法。應(yīng)當(dāng)注意，雖 然反應(yīng)產(chǎn)物14在工藝的結(jié)束時仍將熔化，但是其對接頭強度無任何幫助，接頭強度完全歸 因于在大致無氧化物表面11’和21’之間形成的固態(tài)焊接件。因此，最簡單的過程是簡單 地移除仍是熱的焊接工件并允許其在工具之外進行氣冷。如果工藝溫度T如此高，使得熱 的接頭不能夠支承部件上的處理或重力負載時，這是不可能的。在該情形中，部件將仍置于 工具中并進行氣冷，直到接頭足夠強為止。替代性地，支承板15和25可包括循環(huán)冷卻水的 冷卻盤管，以從接頭更充分地提取熱量。最后，如果部件由其它工具和支承件完全支承，在 喉部60打開時，該部件仍支承到位以將支承板從接頭脫離使得接頭可進行氣冷，或替代性 地，通過噴氣流或水噴流/霧冷卻而經(jīng)受增強的冷卻。在前述的工藝中，暗示的是，接頭從兩側(cè)容易地通達。雖然從兩側(cè)通達是十分期望 的，但是也可在通達更為受限時來實施該工藝。例如，圖5示出了期望將部件附接到例如管 路的封閉部段的情形。只要管路120緊固地固接且只要可能供給足夠的熱量和壓力，該工 藝仍可實施。在該示例中，支承件15可安裝在機器人上，機器人能夠產(chǎn)生所需要的壓力或 位移，且僅從一側(cè)進行加熱。圖6示出了類似的情形，但圖6擴展以描述L形鑄件80被附接到封閉矩形部段85 的兩個表面上的情形，其中L形鑄件80包括例如在圖2中詳細示出的特征。應(yīng)當(dāng)注意，兩個結(jié)合表面40和相關(guān)凸起部42 (類似于圖2中所示的)被彼此垂直 地安裝，且因此需要在箭頭90所示的方向上施加壓力p和P以保證附接到兩個表面上。在 該情形中，接頭通過使用用于每個接頭的獨立熱源來同時制造。從鋁片材和用作反應(yīng)材料的銅箔制造的接頭的示例已經(jīng)在上文進行了討論，但是 應(yīng)當(dāng)注意的是，反應(yīng)材料不需要是純金屬，而可以是具有比工件更低熔點的合金。在圖7中示出了使用鋁4145黃銅合金(熔點范圍521°C _585°C )并大致按照本 發(fā)明的實踐而在鋁3003-H14合金(固相線溫度大約為640°C)的片材之間形成的實驗固態(tài) 結(jié)合。原始工件211和221沿著線200進行焊接，且驅(qū)出的合金214示出位于接頭的邊緣。 與由反應(yīng)材料消耗的工件材料以及由支承塊(未示出)所施加的負載兩者相關(guān)的表面凹部 以250標(biāo)記。應(yīng)當(dāng)注意的是，沒有發(fā)生合金214的完全驅(qū)出且殘余合金214’的小袋示出捕 獲在接頭中。圖8示出了在圖7中示出的接頭的更高放大倍數(shù)圖(殘余合金214’在兩個顯微 照片中共同示出)，示出了在工件211和221之間沒有界面可檢測到，與實現(xiàn)固態(tài)接頭的實
踐相一致。雖然已經(jīng)詳細地描述了用于實施本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)認識到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用于實踐本發(fā)明的各種替代性設(shè)計和實施例。
1權(quán)利要求
一種在第一輕金屬合金工件的第一結(jié)合表面與(i)第二輕金屬合金工件或(ii)鋼工件中的一個的第二結(jié)合表面之間形成固態(tài)焊接件的方法，所述輕金屬是鋁或鎂，鋼工件的結(jié)合表面涂覆鋁或鋅；所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面接觸的形式的金屬元素、或者兩種或更多種元素的合金、或者兩種或更多種不同元素或合金的混合物選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加熱到低于所述第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反應(yīng)，以便形成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面地分隔開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉一個或兩個工件的指定量；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材料加熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉所述面對面的工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大致所有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接接頭與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鋁合金工件結(jié)合到第二 鋁合金工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選自包括 銅、鎂、硅和鋅的組的至少一種金屬元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，第一鎂合金工件結(jié)合到第二 鎂合金工件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述反應(yīng)材料包括選自包括 鋁、銅和鋅的組的至少一種金屬元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述第一輕金屬工件結(jié)合到 鋼工件，其中所述鋼工件的所述結(jié)合表面涂覆鋁或鋅，且所述鋁或鋅提供用于與所述輕金 屬合金工件的所述結(jié)合表面反應(yīng)的所述反應(yīng)材料的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，兩個工件都是厚度在從約四 分之三毫米至約四毫米范圍內(nèi)的輕金屬合金片材，且所述反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以消 耗掉兩個片材工件中較薄者的厚度的不超過約10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成固態(tài)焊接件的方法，其中，所述工件是鋁合金片材且所 述反應(yīng)材料包括銅。
9.一種在第一輕金屬合金片材工件的第一結(jié)合表面與第二輕金屬合金片材工件的第 二結(jié)合表面之間形成固態(tài)焊接件的方法，每個輕金屬合金工件是鋁合金或鎂合金，每個片 材具有在從約四分之三毫米至約四毫米范圍內(nèi)的初始厚度，所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和所述 第二結(jié)合表面接觸的形式的金屬元素、或者兩種或更多種元素的合金、或者兩種或更多種 合金或元素的混合物選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加熱到低于所述 第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反應(yīng)，以便形成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備片材工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面地分 隔開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉任一片材工件的厚度的 不超過約十分之一；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材料加 熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉所述面對面的工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大致所 有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述片材金屬結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后 將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接件與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地形成。
10. 一種在第一輕金屬合金工件的第一結(jié)合表面與鋼工件的第二結(jié)合表面之間形成固 態(tài)焊接件的方法，所述鋼工件的結(jié)合表面涂覆鋁或鋅；所述輕金屬合金是鋁合金或鎂合金， 所述方法包括將放置于所述第一結(jié)合表面和所述第二結(jié)合表面之間且與所述第一結(jié)合表面和所述 第二結(jié)合表面接觸的形式的(i)涂覆在所述鋼工件上的鋁或鋼、以及任選地(ii)金屬元素 或者兩種或更多種元素的合金選擇作為反應(yīng)材料，所述金屬元素或合金被選擇成在加熱到 低于所述第一輕金屬合金的固相線溫度的溫度時與至少第一輕金屬合金結(jié)合表面反應(yīng)，以 便形成包括液體的反應(yīng)產(chǎn)物，所述液體包括金屬元素和所述輕金屬合金元素；制備工件的組件，其中所述工件的各自結(jié)合表面由所述反應(yīng)材料彼此面對面地分隔 開，反應(yīng)材料的量被預(yù)先確定，以在形成所述反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉輕金屬合金工件的指定 量；在第一壓力水平下壓制所述組件，使得襯面接合所述反應(yīng)材料，且將所述反應(yīng)材料加 熱預(yù)定時間，以形成所述反應(yīng)產(chǎn)物并消耗掉至少輕金屬合金工件的一部分；將所述組件上的壓力增加到更高的壓力水平，以從所述殘余結(jié)合表面之間驅(qū)出大致所 有形成的反應(yīng)產(chǎn)物同時將所述結(jié)合表面的位移限制至預(yù)定值；以及，之后將所述結(jié)合表面抵靠彼此保持，直到固態(tài)焊接結(jié)合部與預(yù)期結(jié)合表面大致共延地形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過冶金反應(yīng)焊接輕金屬工件。鋁合金工件和/或鎂合金工件通過使用在結(jié)合表面處以合適形式放置的反應(yīng)材料而結(jié)合成固態(tài)焊接件。工件的結(jié)合表面壓靠放入的反應(yīng)材料并被加熱。反應(yīng)材料與工件表面形成合金或進行反應(yīng)，從而在形成反應(yīng)產(chǎn)物時消耗掉表面材料，該反應(yīng)產(chǎn)物包括低熔液體，所述低熔液體將氧化物膜和其它表面夾雜物從跨過界面的焊接結(jié)合部去除。進一步施加壓力以將反應(yīng)產(chǎn)物驅(qū)出并將工件表面結(jié)合成固態(tài)焊接結(jié)合。
文檔編號B23K31/02GK101856774SQ20101016442
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者D·R·西勒, J·G·施羅斯, X·Q·蓋登, Y·-L·陳 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司