用于反应冶金连接的反应材料预置的制作方法
【专利说明】
[0001] 巧关申请的香叉引用 本申请要求2014年7月8日提交的美国临时申请号62/021，740的权益。所述申请的 全部内容通过引用并入此文中。
技术领域
[0002] 本公开的技术领域大体设及金属工件基体的反应冶金连接，并且更确切地设及在 金属工件基体中的至少一者的结合面上的反应材料的预置。
【背景技术】
[0003] 反应冶金连接是运样的工艺，即在其中，反应材料被加热且被压缩在两个金属工 件基体之间W促进在基体之间形成冶金接头。特别地，反应材料被制定成其具有的液相线 溫度低于正被连接的两个金属工件基体的固相线溫度，并且额外地当设置在工件基体的相 对的结合面之间且被加热到高于其固相线溫度时与那些表面反应。在加热到高于至少其固 相线溫度之后(且如果需要，则预先准备好)，将压缩力施加到工件基体，其沿工件基体的结 合界面挤压且侧向地铺开反应材料(包括任何反应副产物)。此时结合面连接在一起，W建 立主要由基本工件材料组成的低电阻率固态冶金接头，因为所施加的压缩实质上是从接头 排出反应材料。
[0004] 反应材料的反应性使能实现聚结而不必烙化金属工件基体。实际上，在反应冶金 连接期间，反应材料在加热到高于其固相线溫度时形成可流动的液相，同时通常避免烙化 面对的工件基体。此液相分解存在于结合的金属工件表面上的表面膜和材料(例如氧化物 膜等）W暴露结合面的洁净部分，并且还能够局部地分解每个结合面的表层W使其暂时更 易于聚结。除了排出反应材料和任何反应副产物之外，施加到金属工件基体的压缩力最后 使相对的结合面的洁净部分在压力下达到直接接触。最终，在相对的结合面的接触聚结部 分之间产生固态冶金接头。仍存在于结合界面处的反应材料的任何剩余残留量仅仅重新凝 固而实质上不影响接头性质。
[0005] 相比于尤其例如MIG焊接、TIG焊接、激光焊接和电阻点焊等其它连接技术，通过 反应冶金连接来连接金属工件基体所需的热量输入是相对低的。不同于旨在产生足够热量 W使基底金属开始烙化的那些和其它焊接工艺，反应冶金连接能够直接在金属工件基体之 间实现固态接头而不必产生此热量。如先前所解释的，反应冶金连接能够仅输入足够的热 量W使反应材料开始烙化，反应材料转而与工件基体结合面反应W在一溫度下开始聚结， 该溫度低于工件基体中的任一者将开始烙化的溫度。因此，当热敏性材料定位成紧密靠近 试图被连接的金属工件基体时(尤其当通过从冷却电极所获得的电阻加热来执行时)，反应 冶金连接的使用是具有吸引力的选项。
[0006] 虽然反应冶金连接具有W最少热量输入来形成有品质的固态冶金接头的能力，但 其在制造业背景下的使用提出了一些实际挑战。例如，当前常规做法通常依赖于将反应材 料手动安置在相对的工件基体结合面之间。此安置通常要求个体刚好在加热且压缩所插入 的反应材料之前用手工工具（比如夹错或綴子)操纵反应材料的带条或锥片。虽然运些手动 技术起作用且实际上在一些情况下可W是有用的，但存在其中可需要更快速、更灵活并且 更容易控制反应材料安置技术的情况。
【发明内容】
[0007] 公开了一种将反应材料预置在将通过反应冶金连接来被连接的工件基体的结合 面上的方法。本方法设及使用振荡丝电弧焊接（oscillatingwirearcwelding)W将反 应材料沉积且粘附至工件基体结合面上，该反应材料是来自于由反应材料组成的可消耗电 焊条。通过采用振荡丝电弧焊接，能够一致地将受控量的反应材料沉积在特定位置中。振 荡丝电弧焊接还准许控制所沉积的反应材料的尺寸和形状，运意味着反应材料能够经沉积 而具有0. 5或更大的纵横比(纵横比是将沉积材料的高度与基底直径相比较)。满足运种关 系的反应材料沉积物已在某些情况下被显示出比更平坦沉积物产生工件基体之间的更高 品质的冶金接头。
[000引此外，由于振荡丝电弧焊接将反应材料粘附至工件基体结合面，所W不必刚好在 实际反应冶金连接工艺开始之前沉积反应材料。实际上，如果需要，能够在预期相对应的工 件基体经历反应冶金连接之前很久便沉积反应材料，且反应材料可甚至沉积在偏远位置中 并与工件基体一同存储历时较长时间周期。运种工艺灵活性甚至准许完全独立于反应冶金 连接设备而在专用设备上实施反应材料的沉积。当可使用专用和独立设备时，能够专口为 反应材料预置来定制设备固定装置和相关过程力学(例如，过程控制、冷却等)，运样促进过 程可靠性和效率。
[0009] 使用振荡丝电弧焊接的反应材料预置能够用来为反应冶金连接预备多种金属工 件基体组合。在一个实施例（其特定示例描述于下文）中，两个金属工件基体中的每一者可 为由铜组成的电动马达定子的相位超前凸片（phaseleadt油）。当然，振荡丝电弧焊接能 够与其它金属工件基体一起使用。例如，金属工件基体中的每一者可由铜合金组成，所述铜 合金包含96重量％或更多的化W及0-4重量％的一种或多种合金元素(例如，Qd、化、Zr、 Mg、Fe、P、Be、Co、S、Te和Pb等)。列举另一示例，金属工件基体中的每一者可由非铜基金 属或合金(例如，钢或侣合金等）组成。技术人员将知道和领会到能够与许多不同金属工件 基体组合一起使用的不同类型的反应材料，运些金属工件基体组合有利于借助于振荡丝电 弧焊接实现反应材料预置。
[0010] 根据本发明，其还存在W下技术方案： 1. 一种实施反应冶金连接的方法，所述方法包括： 使用振荡丝电弧焊接W在沉积位置处将反应材料沉积物粘附至第一金属工件基体的 结合面上，振荡丝电弧焊接的所述使用设及将烙融反应材料微滴从可消耗反应材料电焊条 的前缘尖端转移至所述结合面上，且允许所述微滴凝固成所述反应材料沉积物； 将所述第一金属工件基体与第二金属工件基体按压在一起，使得所述反应材料沉积物 接触且在所述第一金属工件的所述结合面与所述第二金属工件的面对的结合面之间延伸， 所述反应材料沉积物粘附至所述第一金属工件的所述结合面上；W及 在将所述第一金属工件基体和所述第二金属工件基体按压在一起时，加热所述反应材 料沉积物W烙化位于所述第一金属工件基体和所述第二金属工件基体的对立的结合面之 间的所述反应材料沉积物，所述第一金属工件基体和所述第二金属工件基体在加热所述反 应材料沉积物期间均不烙化，并且其中，将所述第一金属工件基体与所述第二金属工件基 体按压在一起且加热所述反应材料沉积物引起在所述第一金属工件基体和所述第二金属 工件基体的结合面之间形成固态冶金接头。
[0011] 2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一金属工件基体由铜或铜合金组 成，并且其中，所述第二金属工件基体由铜或铜合金组成。
[0012] 3.根据技术方案2所述的方法，其中，所述第一金属工件基体和所述第二金属工 件基体中的每一者均是电动马达定子的相位超前凸片。
[0013] 4.根据技术方案2所述的方法，其中，所述反应材料电焊条包括化-Ag-P反应材 料合金。
[0014] 5.根据技术方案4所述的方法，其中，所述化-Ag-P反应材料合金包含W重量百 分比计的70%-95%铜、2%-20%银和3%-8%憐。
[0015] 6.根据技术方案1所述的方法，其中将所述第一金属工件基体与第二金属工件 基体按压在一起包括： 使所述第一金属工件基体与第一电极接触并且使所述第二金属工件基体与第二电极 接触，所述第一电极和所述第二电极彼此面对地轴向地对准并且被定位成使得当在电极之 间交换电流时，电流将流经所述反应材料沉积物；W及 通过分别由所述第一电极和所述第二电极在所述第一金属工件基体和所述第二金属 工件基体上施加压力，将压缩力施加到所述第一金属工件基体和所述第二金属工件基体。
[0016] 7.根据技术方案所述的方法1，其中，加热所述反应材料沉积物包括： 使电流穿过所述反应材料沉积物来W电阻的方式加热所述反应材料沉积物。
[0017] 8.根据技术方案1所述的方法，其中，使用振荡丝电弧焊接W将反应材料沉积物 粘附至第一金属工件基体的结合面上包括： (a) 使所述可消耗反应材料电焊条的所述前缘尖端接触到所述第一金属工件基体的所 述结合面； (b) 在所述电焊条的所述前缘尖端接触所述结合面时，使电流穿过所述可消耗反应材 料电焊条； (C)缩回所述可消耗反应材料电焊条远离所述第一金属工件基体的所述结合面，W由 此触发电弧，所述电弧跨越形成在所述可消耗反应材料电焊条与所述结合面之间的间隙， 所述电弧使所述可消耗反应材料电焊条的所述前缘尖端开始烙化； (d) 向前伸展所述可消耗反应材料电焊条，W闭合所述间隙，且使已形成在所述电焊条 的所述前缘尖端上的烙融反应材料微滴接触到所述第一金属工件基体的所述结合面，所述 烙融反应材