一種異種金屬焊接的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異種金屬焊接的方法和裝置，屬于異種金屬加工制造領(lǐng)域。具有耐刮傷、耐撞擊、耐腐蝕、接點(diǎn)平滑、強(qiáng)度高等特點(diǎn)?？蓮V泛用于教學(xué)用具、教學(xué)模型、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)裝置等教學(xué)儀器設(shè)備領(lǐng)域，以及建筑、水利、電力、道路、礦山、港口和國(guó)防等工程領(lǐng)域的施工機(jī)械等多領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]異種金屬焊接是利用焊接技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬在界面上實(shí)現(xiàn)牢固的冶金結(jié)合而形成可靠連接。盡管各金屬仍然保持各自原有特性，但其性能比單一金屬優(yōu)越，因此，異種金屬連接結(jié)合一直受到普遍重視?？稍诮虒W(xué)儀器設(shè)備、工程機(jī)械等多領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。
[0003]異種金屬常規(guī)的焊接與連接方法，主要包括釬焊、熔化焊和固相焊等。
[0004]釬焊的基本工藝是:按照要求準(zhǔn)備母材和釬料，然后使用外加熱源，將釬料熔化，釬料凝固后實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合。該方法需要使用釬劑或氣氛，破除母板表面的氧化膜。
[0005]熔化焊的基本工藝是:按照要求準(zhǔn)備母材和釬料，然后使用外加熱源，將母材或母材和填充材料熔化，焊縫凝固后實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合。
[0006]壓力焊的基本工藝是:按照要求準(zhǔn)備母材和釬料，然后使用外加熱源，母材不熔化，通過(guò)施加壓力促使界面實(shí)現(xiàn)結(jié)合。
[0007]上述工藝中存在的主要問(wèn)題是:焊接過(guò)程中，異種金屬反應(yīng)迅速、劇烈、難以避免，生成的脆性金屬間化合物難以承受應(yīng)力作用，容易造成開(kāi)裂，降低了焊接接頭的力學(xué)性能。目前減少異種材料金屬間化合物影響的思路普遍是調(diào)整焊接參數(shù)、優(yōu)化工藝、降低熱輸入，進(jìn)而減少金屬間化合物的生成。但是異種金屬反應(yīng)迅速，徹底避免較為困難。異種材料互溶性差，在熔化焊時(shí)，液相分離，冷卻結(jié)晶時(shí)造成焊縫成份不均，容易發(fā)生開(kāi)裂；熱膨脹系數(shù)不同，焊縫易產(chǎn)生應(yīng)力，造成焊接變形，導(dǎo)致裂紋萌生；熱導(dǎo)率不同，結(jié)晶條件惡化，易造成晶粒粗化；金屬材料表面二次氧化膜生長(zhǎng)迅速，可產(chǎn)生夾雜、裂紋，影響界面結(jié)合；焊前金屬表面清理工藝繁瑣，焊接過(guò)程中使用釬劑會(huì)對(duì)人員造成毒副作用，焊后釬劑清理困難，易對(duì)對(duì)結(jié)合界面的產(chǎn)生不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的主要是針對(duì)異種金屬焊接時(shí)，界面結(jié)合強(qiáng)度較低、接頭殘余熱應(yīng)力大、界面反應(yīng)難以控制等問(wèn)題，提出了一種氣氛、超聲場(chǎng)和磁場(chǎng)條件下，加壓、加熱焊接異種金屬的方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種異種金屬焊接方法，按以下步驟進(jìn)行:一、首先將異種金屬表面進(jìn)行清洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干；二、將表面清理干凈后的金屬材料裝夾，放入氣氛、超聲場(chǎng)和磁場(chǎng)輔助焊接設(shè)備；三、設(shè)備抽低真空，氣氛達(dá)到I?9X 10 2Pa后，充入惰性氣體；四、施加超聲場(chǎng)和磁場(chǎng)，并開(kāi)啟加熱至100°C?3000°C ;五、溫度達(dá)到預(yù)定溫度，保溫5min?60min ;六、在氣氛、超聲場(chǎng)和磁場(chǎng)條件下，開(kāi)啟加壓裝置，進(jìn)行焊接；七、溫度下降至20?500°C，排除氣氛后，開(kāi)啟設(shè)備，取出焊件。
[0010]本發(fā)明中對(duì)密封的焊接設(shè)備先抽取低真空，真空度達(dá)到I?9X 10 2Pa后，再充入惰性氣體，形成氣氛環(huán)境；
本發(fā)明中磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.001-15T，交變磁場(chǎng)頻率為0.01-1OOOHz ；
本發(fā)明中超聲波的振動(dòng)頻率為I X 14?I X 10 9Hz,工具頭輸出振幅為0.01-20Mm，超聲波電源的輸出功率為0.01-5kW，工作壓力0.01?5.0MPa ；
本發(fā)明中對(duì)金屬板加熱至100°C?700°C，溫度達(dá)到預(yù)定溫度，保溫5min?60min ；
本發(fā)明中焊接時(shí)，異種金屬板進(jìn)行清洗、烘干后，再放入加載室；
本發(fā)明中金屬材料厚度為0.5?100mm中的一種。
[0011]本發(fā)明中薄膜鋁合金和鋼板板的鋁膜進(jìn)行乳制，制備出薄膜異種金屬焊接。
[0012]本發(fā)明還提供一種實(shí)施所述的異種金屬焊接方法的裝置，其特征在于，包括焊接室、超聲波施加裝置、加壓裝置、加熱裝置和外加磁場(chǎng)，密閉的焊接室能夠升降地設(shè)在工作臺(tái)上，在工作臺(tái)的下面設(shè)有可以向上施加壓力的加壓裝置，在焊接室的頂部設(shè)有超聲波施加裝置，還配備有抽真空裝置用于對(duì)焊接室抽真空，焊接室還與惰性氣體源連接；在焊接室內(nèi)施加有上下方向的外加磁場(chǎng)；在工作臺(tái)上設(shè)有加熱裝置。
[0013]所述的外加磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.001-15T，交變磁場(chǎng)頻率為0.01-1OOOHz，采用永磁體或電磁裝置產(chǎn)生。
[0014]所述的加熱裝置的加熱方法包括電磁感應(yīng)加熱、電阻加熱、電弧加熱或激光加熱。
[0015]本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)是:能夠進(jìn)行異種金屬焊接；結(jié)合界面反應(yīng)可控；殘余熱應(yīng)力較小；結(jié)合強(qiáng)度較高；接點(diǎn)平滑。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明氣氛、超聲場(chǎng)和磁場(chǎng)輔助焊接設(shè)備示意圖；
圖2是使用本方法焊接不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合界面的微觀組織結(jié)構(gòu)；
圖3是使用本方法焊接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合界面的微觀組織結(jié)構(gòu)。
[0017]圖中:1.焊接室；2.超聲波施加裝置；3.加壓裝置；4.加熱裝置；5.外加磁場(chǎng)；6.被焊接金屬；7.異種被焊接金屬；8.惰性氣體；9.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合界面；10.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合界面。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的焊接裝置包括焊接室1、超聲波施加裝置2、加壓裝置3、加熱裝置4和外加磁場(chǎng)5，密閉的焊接室I能夠升降地設(shè)在工作臺(tái)上，在工作臺(tái)的下面設(shè)有可以向上施加壓力的加壓裝置3，在焊接室I的頂部設(shè)有超聲波施加裝置2 (超聲波換能器)，還配備有抽真空裝置用于對(duì)焊接室I抽真空(未圖示)，焊接室I還與惰性氣體源連接。在焊接室I內(nèi)施加有上下方向的外加磁場(chǎng)5 (采用永磁體或電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng))。在工作臺(tái)上設(shè)有加熱裝置4。所述的焊接室1、超聲波施加裝置2和加壓裝置3均為常規(guī)技術(shù)。
[0019]本發(fā)明異種金屬焊接的方法的具體實(shí)施例如下: 一、實(shí)施例1:Q235鋼板與純鋁板的焊接:
步驟一:首先將1.5mmQ235鋼板、0.25mm純鋁板表面進(jìn)行堿洗和酸洗，去除油脂、污漬和氧化膜，并烘干。
[0020]步驟二:將表面清理干凈后的兩種被焊接金屬6和7裝夾在工作臺(tái)上，降下焊接室I密封，抽真空10-10 2Pa ；
步驟三:設(shè)備充入氮?dú)狻?br>[0021]步驟四:施加超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)的振動(dòng)頻率為1X104?I X 109Hz，由超聲換能器輸出的超聲波的振幅為0.01-20Mm，輸出功率為0.01_5kW。
[0022]步驟五:施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.001-15T，交變磁場(chǎng)頻率為0.01-1OOOHz。
[0023]步驟