一种TiNi形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具及方法

一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具及方法
技术领域
1.本发明属于异种材料连接技术领域，尤其涉及一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具及方法。


背景技术：

2.近年来，由于医疗技术的不断发展，对于微型医疗器械提出了越来越高的要求。出于对产品成本和性能的考虑，某一种单一金属丝材的性能已经无法满足实际的使用需求。比如说中心静脉导丝，该产品一方面需要不锈钢丝来提供支撑，另一方面则需要利用tini形状记忆合金丝的超弹性，使得其在使用时不易打折，除此之外，该产品还减少了tini形状记忆合金丝的使用量，极大的降低了生产成本。
3.目前tini形状记忆合金丝与不锈钢丝的焊接，一般采用在二者间添加合金元素(中间层或合金粉末)和改变激光热源位置的方法来改善焊接处的力学性能。但是，由于异种材料之间物理和化学性能方面的差异，依然难以获得强度较高的接头，例如公开号为cn102152017a的专利公开了一种tini形状记忆合金丝与奥氏体不锈钢丝的异种材料的连接方法，给出了在tini形状记忆合金与奥氏体不锈钢之间添加纯铜中间层的技术方案，铜中间层的添加减少了铁钛系脆性金属间化合物的产生，但是，同时还产生了铜钛系金属间化合物，使得接头难以达到较高的强度。
4.在进行异种金属丝焊接时，不同材料之间物理和化学性能方面的差异，是使得接头力学性能急剧下降的主要原因。相差较大熔沸点会造成焊接时合金元素的烧损，而相差较大的导热率和线膨胀系数会使得在界面处产生较大的残余应力，异种金属间较小固溶度和脆性金属间化合物的产生都会导致接头性能的急剧下降，除此之外，由于金属丝在焊接中的局限性(最大焊接面积有限)，这些都是接头拉力较小的原因。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具及方法，以解决tini形状记忆合金丝和不锈钢丝焊接接头力学性能差的问题。本发明所采用的技术方案如下：
6.一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，包括底座、卡盘、滑座、前夹板和后夹板；
7.两个支架左右设置在底座上，支架上转动设置有管轴，两个管轴相同轴，管轴的内端凸出于对应支架的内侧，管轴的内端设有卡盘；
8.底座上设有升降平台，升降平台位于两个支架之间，升降平台的顶端设有滑座，前夹板和后夹板分别与滑座前后滑动配合，前夹板和后夹板的底部均设有若干对向延伸的长条块，前夹板的若干长条块和后夹板的若干长条块交错设置，且上端可拼合为工作平面，滑座上转动设置有驱动螺杆，驱动螺杆前部和后部的螺纹旋向相反，前夹板和后夹板上均设有驱动块，驱动块上设有螺孔，两个驱动块分别与驱动螺杆的前部和后部对应螺纹配合，前
夹板和后夹板上均设有快速夹具。
9.进一步的，滑座上设有两个轴向前后延伸的光杆，前夹板和后夹板上均设有两个滑块，前夹板的两个滑块分别与两个光杆一一对应套接滑动配合，后夹板的两个滑块分别与两个光杆一一对应套接滑动配合。
10.进一步的，卡盘为双爪卡盘。
11.进一步的，管轴通过轴承与支架相连。
12.进一步的，管轴的外周设有两个轴对称的顶窝，管轴上套接有定位套，定位套与支架相连，定位套上设有弹簧销，弹簧销与任意所述顶窝插销配合。
13.本发明还提供了一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，依托于上述一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具实现，包括以下步骤：
14.步骤一：将tini形状记忆合金丝、不锈钢丝和连接件分别单独放入抛光液中去除氧化膜；
15.步骤二：将tini形状记忆合金丝、不锈钢丝和连接件分别放入丙酮溶液中去除表面油污；
16.步骤三：调节升降平台的高度，将tini形状记忆合金丝、不锈钢丝和连接件分别固定在所述焊接夹具上；
17.步骤四：采用激光焊接的方式将连接件热熔，使其分别与tini形状记忆合金丝和不锈钢丝相连；
18.连接件为若干叠加的金属薄片或金属管，连接件为金属管时，前夹板和后夹板夹合在连接件的外周，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝分别一一对应穿入两个管轴，并分别探入连接件的两端，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝分别通过对应的卡盘夹紧固定；
19.连接件为若干叠加的金属薄片时，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝分别一一对应穿入两个管轴，并相抵近置于所述工作平面上，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝分别通过对应的卡盘夹紧固定，连接件放置在tini形状记忆合金丝和不锈钢丝上，连接件的前后两端分别通过同侧对应的快速夹具压紧；
20.步骤五：松开连接件，将两个卡盘同向旋转180
°
，并重复步骤四。
21.进一步的，所述激光焊接的工艺参数为：脉冲宽度0.1～50ms，频率0.1～1hz，保护气体流量5-20l/min，焊接电流10～800a，且不锈钢丝一侧的焊接电流比tini形状记忆合金丝一侧的焊接电流高1～100a、旋转180
°
后任意一侧的焊接电流比旋转前该侧焊接电流低1～100a。
22.进一步的，连接件的材质为铜、镍或钽。
23.进一步的，当连接件为金属管时，连接件的壁厚为0.1～16mm；当连接件为若干叠加的金属薄片时，连接件的总厚度为0.1～16mm，单层厚度为0.1～1mm。
24.进一步的，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的间距为0.1～1mm。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.1、本发明提出了一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，通过改变焊接结构，在tini形状记忆合金丝和不锈钢丝对接处添加了连接管，解决了金属丝焊接时，焊接面积有限的问题，极大的提高了所能承受的拉力，并且随着连接管在异种金属丝上搭接长度的增大，接头所能承受的拉力近似地呈线性增长。
27.2、与现有tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法相比，本发明完全避免了焊接性更差的tini形状记忆合金和不锈钢的混熔池的产生，改为形成焊接性更好的材料(铜，镍，钽等)，该材料与tini形状记忆合金和第三材料与不锈钢的共熔池，削弱了异种金属丝焊接时，焊接性极差对接头承受力的影响。
附图说明
28.图1是本发明的轴测图；
29.图2是本发明的主视图；
30.图3是本发明的俯视图；
31.图4是滑座的结构示意图；
32.图5是前夹板的结构示意图；
33.图6是后夹板的结构示意图；
34.图7是现有焊接技术和应用本发明的试验一、试验二得到的金属丝抗拉强度柱状图；
35.图8是金属丝抗拉强度曲线图。
36.1-底座、11-支架、2-管轴、21-弹簧销、22-定位套、23-卡盘、31-tini形状记忆合金丝、32-不锈钢丝、33-连接件、4-升降平台、5-滑座、51-光杆、52-驱动螺杆、6-前夹板、61-长条块、62-驱动块、63-滑块、7-后夹板、8-快速夹具。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
38.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
39.以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
40.实施例一：如图1-6所示，一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，包括底座1、卡盘23、滑座9、前夹板6和后夹板7；
41.两个支架11左右设置在底座1上，支架11上转动设置有管轴2，两个管轴2相同轴，管轴2的内端凸出于对应支架11的内侧，管轴2的内端设有卡盘23；
42.底座1上设有升降平台4，升降平台4位于两个支架11之间，升降平台4的顶端设有滑座9，前夹板6和后夹板7前后设置，前夹板6和后夹板7分别与滑座9前后滑动配合，前夹板6和后夹板7的底部均设有若干对向延伸的长条块61，前夹板6的若干长条块61和后夹板7的若干长条块61交错设置，且上端可拼合为工作平面，滑座9上转动设置有驱动螺杆92，驱动
螺杆92的轴向前后设置，驱动螺杆92前部和后部的螺纹旋向相反，前夹板6和后夹板7上均设有驱动块62，驱动块62上设有螺孔，两个驱动块62分别与驱动螺杆92的前部和后部对应螺纹配合，前夹板6和后夹板7上均设有快速夹具8。
43.滑座9上设有两个轴向前后延伸的光杆91，前夹板6和后夹板7上均设有两个滑块63，前夹板6的两个滑块63分别与两个光杆91一一对应套接滑动配合，后夹板7的两个滑块63分别与两个光杆91一一对应套接滑动配合。
44.卡盘23为双爪卡盘23。
45.管轴2通过轴承与支架11相连。
46.管轴2的外周设有两个轴对称的顶窝，管轴2上套接有定位套22，定位套22与支架11相连，定位套22上设有弹簧销21，弹簧销21与任意所述顶窝插销配合。
47.实施例二：一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，依托于实施例一所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具实现，包括以下步骤：
48.步骤一：将tini形状记忆合金丝31、不锈钢丝32和连接件33分别单独放入抛光液中去除氧化膜；
49.步骤二：将tini形状记忆合金丝31、不锈钢丝32和连接件33分别放入丙酮溶液中去除表面油污；
50.步骤三：调节升降平台4的高度，将tini形状记忆合金丝31、不锈钢丝32和连接件33分别固定在所述焊接夹具上；
51.步骤四：采用激光焊接的方式将连接件33热熔，使其分别与tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32相连；
52.连接件33为若干叠加的金属薄片或金属管，连接件33为金属管时，前夹板6和后夹板7夹合在连接件33的外周，tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32分别一一对应穿入两个管轴2，并分别探入连接件33的两端，tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32分别通过对应的卡盘23夹紧固定；
53.连接件33为若干叠加的金属薄片时，tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32分别一一对应穿入两个管轴2，并相抵近置于所述工作平面上，tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32分别通过对应的卡盘23夹紧固定，连接件33放置在tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32上，连接件33的前后两端分别通过同侧对应的快速夹具8压紧；
54.步骤五：松开连接件33，将两个卡盘23同向旋转180
°
，并重复步骤四。
55.所述激光焊接的工艺参数为：脉冲宽度0.1～50ms，频率0.1～1hz，保护气体流量5-20l/min，焊接电流10～800a，且不锈钢丝32一侧的焊接电流比tini形状记忆合金丝31一侧的焊接电流高1～100a、旋转180
°
后任意一侧的焊接电流比旋转前该侧焊接电流低1～100a。
56.连接件33的材质为铜、镍或钽。
57.当连接件33为金属管时，连接件33的壁厚为0.1～16mm；当连接件33为若干叠加的金属薄片时，连接件33的总厚度为0.1～16mm，单层厚度为0.1～1mm。
58.tini形状记忆合金丝31和不锈钢丝32的间距为0.1～1mm。
59.本发明提出了一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，通过改变焊接结构，在tini形状记忆合金丝和不锈钢丝对接处添加了连接管，解决了金属丝焊接时，焊接面
积有限的问题，极大的提高了所能承受的拉力，并且随着连接管在异种金属丝上搭接长度的增大，接头所能承受的拉力近似地呈线性增长。
60.与现有tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法相比，本发明完全避免了焊接性更差的tini形状记忆合金和不锈钢的混熔池的产生，改为形成焊接性更好的材料(铜，镍，钽等)，该材料与tini形状记忆合金和第三材料与不锈钢的共熔池，削弱了异种金属丝焊接时，焊接性极差对接头承受力的影响。
61.试验验证，通过本发明的焊接方法焊接的，焊接接头处的连接强度远大于现有技术中的焊接强度，实例如下：
62.试验一：tini形状记忆合金丝的直径为0.4mm；不锈钢丝是直径为0.4mm的304不锈钢丝；连接管采用的是长为1.7mm，壁厚为0.1mm的铜空心管，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝之间留有0.1mm的间距，连接管和两侧金属丝的搭接长度均为0.8mm。
63.步骤四的焊接工艺参数：tini形状记忆合金丝侧，激光焊工艺参数：焊接电流200a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。不锈钢丝侧激光焊工艺参数：焊接电流210a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min；
64.步骤五的焊接工艺参数：tini形状记忆合金丝侧，激光焊工艺参数：焊接电流190a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。不锈钢丝侧，激光焊工艺参数：焊接电流200a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。
65.经过抗拉强度测试，采用本发明焊接tini形状记忆合金丝与不锈钢丝，抗拉强度可达525mpa(接头拉力67n)，与添加中间层(350mpa)的焊接方法相比，接头强度提高1.5倍。
66.试验二：tini形状记忆合金丝的直径为0.4mm；不锈钢丝是直径为0.4mm的304不锈钢丝，连接管采用的是长为2.3mm，壁厚为0.1mm的铜空心管，tini形状记忆合金丝和不锈钢丝之间留有0.1mm的间距，连接管和两侧金属丝的搭接长度均为1.2mm。
67.步骤四的焊接工艺参数：焊接电流200a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。不锈钢丝侧激光焊工艺参数：焊接电流210a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min；
68.步骤五的焊接工艺参数：焊接电流190a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。不锈钢丝侧，激光焊工艺参数：焊接电流200a，脉冲宽度8ms，频率0.7hz，保护气体流量10l/min。
69.经过抗拉强度测试，采用本发明焊接tini形状记忆合金丝与不锈钢丝，抗拉强度可达708mpa(接头拉力89n)，与添加中间层(350mpa)的焊接方法相比，接头强度提高两倍以上。
70.以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，其特征在于：包括底座(1)、卡盘(23)、滑座(5)、前夹板(6)和后夹板(7)；两个支架(11)左右设置在底座(1)上，支架(11)上转动设置有管轴(2)，两个管轴(2)相同轴，管轴(2)的内端凸出于对应支架(11)的内侧，管轴(2)的内端设有卡盘(23)；底座(1)上设有升降平台(4)，升降平台(4)位于两个支架(11)之间，升降平台(4)的顶端设有滑座(5)，前夹板(6)和后夹板(7)分别与滑座(5)前后滑动配合，前夹板(6)和后夹板(7)的底部均设有若干对向延伸的长条块(61)，前夹板(6)的若干长条块(61)和后夹板(7)的若干长条块(61)交错设置，且上端可拼合为工作平面，滑座(5)上转动设置有驱动螺杆(52)，驱动螺杆(52)前部和后部的螺纹旋向相反，前夹板(6)和后夹板(7)上均设有驱动块(62)，驱动块(62)上设有螺孔，两个驱动块(62)分别与驱动螺杆(52)的前部和后部对应螺纹配合，前夹板(6)和后夹板(7)上均设有快速夹具(8)。2.根据权利要求1所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，其特征在于：滑座(5)上设有两个轴向前后延伸的光杆(51)，前夹板(6)和后夹板(7)上均设有两个滑块(63)，前夹板(6)的两个滑块(63)分别与两个光杆(51)一一对应套接滑动配合，后夹板(7)的两个滑块(63)分别与两个光杆(51)一一对应套接滑动配合。3.根据权利要求1所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，其特征在于：卡盘(23)为双爪卡盘(23)。4.根据权利要求1所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，其特征在于：管轴(2)通过轴承与支架(11)相连。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具，其特征在于：管轴(2)的外周设有两个轴对称的顶窝，管轴(2)上套接有定位套(22)，定位套(22)与支架(11)相连，定位套(22)上设有弹簧销(21)，弹簧销(21)与任意所述顶窝插销配合。6.一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，依托于权利要求1-5任一项所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具实现，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将tini形状记忆合金丝(31)、不锈钢丝(32)和连接件(33)分别单独放入抛光液中去除氧化膜；步骤二：将tini形状记忆合金丝(31)、不锈钢丝(32)和连接件(33)分别放入丙酮溶液中去除表面油污；步骤三：调节升降平台(4)的高度，将tini形状记忆合金丝(31)、不锈钢丝(32)和连接件(33)分别固定在所述焊接夹具上；步骤四：采用激光焊接的方式将连接件(33)热熔，使其分别与tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)相连；连接件(33)为若干叠加的金属薄片或金属管，连接件(33)为金属管时，前夹板(6)和后夹板(7)夹合在连接件(33)的外周，tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)分别一一对应穿入两个管轴(2)，并分别探入连接件(33)的两端，tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)分别通过对应的卡盘(23)夹紧固定；连接件(33)为若干叠加的金属薄片时，tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)分别一一对应穿入两个管轴(2)，并相抵近置于所述工作平面上，tini形状记忆合金丝(31)和不
锈钢丝(32)分别通过对应的卡盘(23)夹紧固定，连接件(33)放置在tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)上，连接件(33)的前后两端分别通过同侧对应的快速夹具(8)压紧；步骤五：松开连接件(33)，将两个卡盘(23)同向旋转180
°
，并重复步骤四。7.根据权利要求6所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，其特征在于：所述激光焊接的工艺参数为：脉冲宽度0.1～50ms，频率0.1～1hz，保护气体流量5-20l/min，焊接电流10～800a，且不锈钢丝(32)一侧的焊接电流比tini形状记忆合金丝(31)一侧的焊接电流高1～100a、旋转180
°
后任意一侧的焊接电流比旋转前该侧焊接电流低1～100a。8.根据权利要求6所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，其特征在于：连接件(33)的材质为铜、镍或钽。9.根据权利要求6所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，其特征在于：当连接件(33)为金属管时，连接件(33)的壁厚为0.1～16mm；当连接件(33)为若干叠加的金属薄片时，连接件(33)的总厚度为0.1～16mm，单层厚度为0.1～1mm。10.根据权利要求6所述的一种tini形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接方法，其特征在于：tini形状记忆合金丝(31)和不锈钢丝(32)的间距为0.1～1mm。

技术总结
一种TiNi形状记忆合金丝和不锈钢丝的焊接夹具及方法，属于异种材料连接技术领域，本发明为了解决TiNi形状记忆合金丝和不锈钢丝焊接接头力学性能差的问题。包括卡盘和滑座，两个卡盘同轴对向转动设置在底座上，两个卡盘之间设有升降平台，升降平台上前后滑动设置有前夹板和后夹板，焊接时，将连接件固定，记忆合金丝和不锈钢丝分别通过同侧的卡盘固定。采用激光焊接热熔连接件，使其分别与记忆合金丝和不锈钢丝焊接。本发明解决了焊接记忆合金丝和不锈钢丝焊接面积有限的问题，极大的提高了所能承受的拉力，焊接接头处的抗拉强度远高于现有技术的焊接强度。有技术的焊接强度。有技术的焊接强度。


技术研发人员：檀财旺 李昊岳 江涛 刘福运 宋晓国
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/14