用于反應(yīng)冶金連接的反應(yīng)材料預(yù)置的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 巧關(guān)申請(qǐng)的香叉引用 本申請(qǐng)要求2014年7月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/021，740的權(quán)益。所述申請(qǐng)的 全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入此文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開(kāi)的技術(shù)領(lǐng)域大體設(shè)及金屬工件基體的反應(yīng)冶金連接，并且更確切地設(shè)及在 金屬工件基體中的至少一者的結(jié)合面上的反應(yīng)材料的預(yù)置。
【背景技術(shù)】
[0003] 反應(yīng)冶金連接是運(yùn)樣的工藝，即在其中，反應(yīng)材料被加熱且被壓縮在兩個(gè)金屬工 件基體之間W促進(jìn)在基體之間形成冶金接頭。特別地，反應(yīng)材料被制定成其具有的液相線 溫度低于正被連接的兩個(gè)金屬工件基體的固相線溫度，并且額外地當(dāng)設(shè)置在工件基體的相 對(duì)的結(jié)合面之間且被加熱到高于其固相線溫度時(shí)與那些表面反應(yīng)。在加熱到高于至少其固 相線溫度之后(且如果需要，則預(yù)先準(zhǔn)備好)，將壓縮力施加到工件基體，其沿工件基體的結(jié) 合界面擠壓且側(cè)向地鋪開(kāi)反應(yīng)材料(包括任何反應(yīng)副產(chǎn)物)。此時(shí)結(jié)合面連接在一起，W建 立主要由基本工件材料組成的低電阻率固態(tài)冶金接頭，因?yàn)樗┘拥膲嚎s實(shí)質(zhì)上是從接頭 排出反應(yīng)材料。
[0004] 反應(yīng)材料的反應(yīng)性使能實(shí)現(xiàn)聚結(jié)而不必烙化金屬工件基體。實(shí)際上，在反應(yīng)冶金 連接期間，反應(yīng)材料在加熱到高于其固相線溫度時(shí)形成可流動(dòng)的液相，同時(shí)通常避免烙化 面對(duì)的工件基體。此液相分解存在于結(jié)合的金屬工件表面上的表面膜和材料(例如氧化物 膜等）W暴露結(jié)合面的潔凈部分，并且還能夠局部地分解每個(gè)結(jié)合面的表層W使其暫時(shí)更 易于聚結(jié)。除了排出反應(yīng)材料和任何反應(yīng)副產(chǎn)物之外，施加到金屬工件基體的壓縮力最后 使相對(duì)的結(jié)合面的潔凈部分在壓力下達(dá)到直接接觸。最終，在相對(duì)的結(jié)合面的接觸聚結(jié)部 分之間產(chǎn)生固態(tài)冶金接頭。仍存在于結(jié)合界面處的反應(yīng)材料的任何剩余殘留量?jī)H僅重新凝 固而實(shí)質(zhì)上不影響接頭性質(zhì)。
[0005] 相比于尤其例如MIG焊接、TIG焊接、激光焊接和電阻點(diǎn)焊等其它連接技術(shù)，通過(guò) 反應(yīng)冶金連接來(lái)連接金屬工件基體所需的熱量輸入是相對(duì)低的。不同于旨在產(chǎn)生足夠熱量 W使基底金屬開(kāi)始烙化的那些和其它焊接工藝，反應(yīng)冶金連接能夠直接在金屬工件基體之 間實(shí)現(xiàn)固態(tài)接頭而不必產(chǎn)生此熱量。如先前所解釋的，反應(yīng)冶金連接能夠僅輸入足夠的熱 量W使反應(yīng)材料開(kāi)始烙化，反應(yīng)材料轉(zhuǎn)而與工件基體結(jié)合面反應(yīng)W在一溫度下開(kāi)始聚結(jié)， 該溫度低于工件基體中的任一者將開(kāi)始烙化的溫度。因此，當(dāng)熱敏性材料定位成緊密靠近 試圖被連接的金屬工件基體時(shí)(尤其當(dāng)通過(guò)從冷卻電極所獲得的電阻加熱來(lái)執(zhí)行時(shí))，反應(yīng) 冶金連接的使用是具有吸引力的選項(xiàng)。
[0006] 雖然反應(yīng)冶金連接具有W最少熱量輸入來(lái)形成有品質(zhì)的固態(tài)冶金接頭的能力，但 其在制造業(yè)背景下的使用提出了一些實(shí)際挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)前常規(guī)做法通常依賴(lài)于將反應(yīng)材 料手動(dòng)安置在相對(duì)的工件基體結(jié)合面之間。此安置通常要求個(gè)體剛好在加熱且壓縮所插入 的反應(yīng)材料之前用手工工具（比如夾錯(cuò)或綴子)操縱反應(yīng)材料的帶條或錐片。雖然運(yùn)些手動(dòng) 技術(shù)起作用且實(shí)際上在一些情況下可W是有用的，但存在其中可需要更快速、更靈活并且 更容易控制反應(yīng)材料安置技術(shù)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 公開(kāi)了一種將反應(yīng)材料預(yù)置在將通過(guò)反應(yīng)冶金連接來(lái)被連接的工件基體的結(jié)合 面上的方法。本方法設(shè)及使用振蕩絲電弧焊接（oscillatingwirearcwelding)W將反 應(yīng)材料沉積且粘附至工件基體結(jié)合面上，該反應(yīng)材料是來(lái)自于由反應(yīng)材料組成的可消耗電 焊條。通過(guò)采用振蕩絲電弧焊接，能夠一致地將受控量的反應(yīng)材料沉積在特定位置中。振 蕩絲電弧焊接還準(zhǔn)許控制所沉積的反應(yīng)材料的尺寸和形狀，運(yùn)意味著反應(yīng)材料能夠經(jīng)沉積 而具有0. 5或更大的縱橫比(縱橫比是將沉積材料的高度與基底直徑相比較)。滿足運(yùn)種關(guān) 系的反應(yīng)材料沉積物已在某些情況下被顯示出比更平坦沉積物產(chǎn)生工件基體之間的更高 品質(zhì)的冶金接頭。
[000引此外，由于振蕩絲電弧焊接將反應(yīng)材料粘附至工件基體結(jié)合面，所W不必剛好在 實(shí)際反應(yīng)冶金連接工藝開(kāi)始之前沉積反應(yīng)材料。實(shí)際上，如果需要，能夠在預(yù)期相對(duì)應(yīng)的工 件基體經(jīng)歷反應(yīng)冶金連接之前很久便沉積反應(yīng)材料，且反應(yīng)材料可甚至沉積在偏遠(yuǎn)位置中 并與工件基體一同存儲(chǔ)歷時(shí)較長(zhǎng)時(shí)間周期。運(yùn)種工藝靈活性甚至準(zhǔn)許完全獨(dú)立于反應(yīng)冶金 連接設(shè)備而在專(zhuān)用設(shè)備上實(shí)施反應(yīng)材料的沉積。當(dāng)可使用專(zhuān)用和獨(dú)立設(shè)備時(shí)，能夠?qū)？跒?反應(yīng)材料預(yù)置來(lái)定制設(shè)備固定裝置和相關(guān)過(guò)程力學(xué)(例如，過(guò)程控制、冷卻等)，運(yùn)樣促進(jìn)過(guò) 程可靠性和效率。
[0009] 使用振蕩絲電弧焊接的反應(yīng)材料預(yù)置能夠用來(lái)為反應(yīng)冶金連接預(yù)備多種金屬工 件基體組合。在一個(gè)實(shí)施例（其特定示例描述于下文）中，兩個(gè)金屬工件基體中的每一者可 為由銅組成的電動(dòng)馬達(dá)定子的相位超前凸片（phaseleadt油）。當(dāng)然，振蕩絲電弧焊接能 夠與其它金屬工件基體一起使用。例如，金屬工件基體中的每一者可由銅合金組成，所述銅 合金包含96重量％或更多的化W及0-4重量％的一種或多種合金元素(例如，Qd、化、Zr、 Mg、Fe、P、Be、Co、S、Te和Pb等)。列舉另一示例，金屬工件基體中的每一者可由非銅基金 屬或合金(例如，鋼或侶合金等）組成。技術(shù)人員將知道和領(lǐng)會(huì)到能夠與許多不同金屬工件 基體組合一起使用的不同類(lèi)型的反應(yīng)材料，運(yùn)些金屬工件基體組合有利于借助于振蕩絲電 弧焊接實(shí)現(xiàn)反應(yīng)材料預(yù)置。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，其還存在W下技術(shù)方案： 1. 一種實(shí)施反應(yīng)冶金連接的方法，所述方法包括： 使用振蕩絲電弧焊接W在沉積位置處將反應(yīng)材料沉積物粘附至第一金屬工件基體的 結(jié)合面上，振蕩絲電弧焊接的所述使用設(shè)及將烙融反應(yīng)材料微滴從可消耗反應(yīng)材料電焊條 的前緣尖端轉(zhuǎn)移至所述結(jié)合面上，且允許所述微滴凝固成所述反應(yīng)材料沉積物； 將所述第一金屬工件基體與第二金屬工件基體按壓在一起，使得所述反應(yīng)材料沉積物 接觸且在所述第一金屬工件的所述結(jié)合面與所述第二金屬工件的面對(duì)的結(jié)合面之間延伸， 所述反應(yīng)材料沉積物粘附至所述第一金屬工件的所述結(jié)合面上；W及 在將所述第一金屬工件基體和所述第二金屬工件基體按壓在一起時(shí)，加熱所述反應(yīng)材 料沉積物W烙化位于所述第一金屬工件基體和所述第二金屬工件基體的對(duì)立的結(jié)合面之 間的所述反應(yīng)材料沉積物，所述第一金屬工件基體和所述第二金屬工件基體在加熱所述反 應(yīng)材料沉積物期間均不烙化，并且其中，將所述第一金屬工件基體與所述第二金屬工件基 體按壓在一起且加熱所述反應(yīng)材料沉積物引起在所述第一金屬工件基體和所述第二金屬 工件基體的結(jié)合面之間形成固態(tài)冶金接頭。
[0011] 2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述第一金屬工件基體由銅或銅合金組 成，并且其中，所述第二金屬工件基體由銅或銅合金組成。
[0012] 3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中，所述第一金屬工件基體和所述第二金屬工 件基體中的每一者均是電動(dòng)馬達(dá)定子的相位超前凸片。
[0013] 4.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中，所述反應(yīng)材料電焊條包括化-Ag-P反應(yīng)材 料合金。
[0014] 5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中，所述化-Ag-P反應(yīng)材料合金包含W重量百 分比計(jì)的70%-95%銅、2%-20%銀和3%-8%憐。
[0015] 6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中將所述第一金屬工件基體與第二金屬工件 基體按壓在一起包括： 使所述第一金屬工件基體與第一電極接觸并且使所述第二金屬工件基體與第二電極 接觸，所述第一電極和所述第二電極彼此面對(duì)地軸向地對(duì)準(zhǔn)并且被定位成使得當(dāng)在電極之 間交換電流時(shí)，電流將流經(jīng)所述反應(yīng)材料沉積物；W及 通過(guò)分別由所述第一電極和所述第二電極在所述第一金屬工件基體和所述第二金屬 工件基體上施加壓力，將壓縮力施加到所述第一金屬工件基體和所述第二金屬工件基體。
[0016] 7.根據(jù)技術(shù)方案所述的方法1，其中，加熱所述反應(yīng)材料沉積物包括： 使電流穿過(guò)所述反應(yīng)材料沉積物來(lái)W電阻的方式加熱所述反應(yīng)材料沉積物。
[0017] 8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，使用振蕩絲電弧焊接W將反應(yīng)材料沉積物 粘附至第一金屬工件基體的結(jié)合面上包括： (a) 使所述可消耗反應(yīng)材料電焊條的所述前緣尖端接觸到所述第一金屬工件基體的所 述結(jié)合面； (b) 在所述電焊條的所述前緣尖端接觸所述結(jié)合面時(shí)，使電流穿過(guò)所述可消耗反應(yīng)材 料電焊條； (C)縮回所述可消耗反應(yīng)材料電焊條遠(yuǎn)離所述第一金屬工件基體的所述結(jié)合面，W由 此觸發(fā)電弧，所述電弧跨越形成在所述可消耗反應(yīng)材料電焊條與所述結(jié)合面之間的間隙， 所述電弧使所述可消耗反應(yīng)材料電焊條的所述前緣尖端開(kāi)始烙化； (d) 向前伸展所述可消耗反應(yīng)材料電焊條，W閉合所述間隙，且使已形成在所述電焊條 的所述前緣尖端上的烙融反應(yīng)材料微滴接觸到所述第一金屬工件基體的所述結(jié)合面，所述 烙融反應(yīng)材