CN102079011A

CN102079011A - 异种金属半固态熔敷压力焊接装置

Info

Publication number: CN102079011A
Application number: CN2010106227006A
Authority: CN
Inventors: 王克鸿; 尚晶; 周琦; 张德库; 葛佳琪; 周晓晓; 蒋勇
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102079011B

Abstract

本发明涉及一种异种金属半固态熔敷压力焊接装置，该装置包括控压装置、控温装置、气体保护装置和压模装置，其中控压装置与压模装置相连接，控压装置将压力传递给压模装置；控温装置中的加热线圈置于压模装置外部，温度控制信号调节感应加热线圈电流的大小和通断，控制对压模装置的加热过程；气体保护装置与压模装置连接，将保护气体输入压模装置内。该发明结构简单，易于操作，焊接效果优异，具有良好的市场前景。

Description

异种金属半固态熔敷压力焊接装置

技术领域

本发明属于一种焊接装置，特别是一种针对铝合金与其它异种金属半固态熔敷压力焊接装置。

背景技术

异种金属连接结构具有两种材料综合的优良性能，在国防和国民生产领域得到了广泛的应用，且应用前景不断扩大。但由于异种金属的物理、化学及力学性能方面存在着巨大的差异，对连接方法要求比较苛刻。目前一般采用机械连接、胶接、焊接等方法，主要以机械连接和胶接或二者组合应用为主。但机械连接和胶接存在很多缺点，如强度低、结构质量大、胶接时产生多余物等，因此，国内外众多研究者开展了大量焊接连接的研究，采用焊接方法来解决异种金属的连接问题。目前，能够实现异种金属连接方法主要有搅拌摩擦焊、扩散焊和扩散钎焊。由于搅拌摩擦焊工艺柔性差，而扩散焊需要在真空室中进行且效率相对较低，这些固相连接在实际生产应用中受到一定限制。而采用TIG焊、MIG焊等常规熔焊方法进行异种金属焊接时，容易出现如下问题：1、冶金不相容性，在界面形成脆性化合物相；2、热物理性能不匹配，产生残余应力；3、力学性能差异大，导致连接界面力学失配，产生严重的应力奇异行为。严重影响异种金属接头性能。所以，急需要一种新的焊接方法实现异种金属的连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作方便，可以实时调节加热速度、加热温度、加压速度、加压压力和保温、保压时间等参数的异种金属半固态熔敷压力焊接装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种异种金属半固态熔敷压力焊接装置，该装置包括控压装置、控温装置、气体保护装置和压模装置，控压装置与压模装置相连接，控压装置将压力传递给压模装置，压模装置对焊接试样施加压力；控温装置中的感应加热线圈位于压模装置外部，温度控制信号调节感应加热线圈电流的大小和通断，控制对压模装置的加热过程；气体保护装置与压模装置连接，将保护气体输入压模装置内。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、可以实现高温高压的试验条件，温度可以达到600℃，压力可以达到100KN；2、温度调节灵活，加热速度可以自由调节，可以实现快速加热；3、可以实时调节温度和压力；4、可以实现焊接试样在整个焊接过程中的保护，避免其在焊接过程的氧化；5、可以实现熔点相差较大的异种金属的焊接如铝和钢、铝和铜等的连接，也可以适用于铝和镁等轻金属的连接；6、设备简单，价格低廉。

附图说明

图1为本发明异种金属半固态熔敷压力焊接装置结构示意图。

图2为本发明异种金属半固态熔敷压力焊接装置中压模装置结构示意图。

图3为本发明异种金属半固态熔敷压力焊接装置焊接得到的铝钢异种接头显微硬度测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2本发明公开了一种异种金属半固态熔敷压力焊接装置，该装置包括控压装置、控温装置、气体保护装置和压模装置，控压装置与压模装置相连接，控压装置将压力传递给压模装置，压模装置对焊接试样施加压力；控温装置与压模装置连接，温度控制信号调节感应加热线圈21电流的大小和通断，控制对压模装置的加热过程；气体保护装置与压模装置连接，将保护气体输入压模装置内。

控温装置包括红外测温仪19、温度控制器20、感应加热线圈21、感应加热控制柜22，红外测温仪19固定在压力机架25侧方，与温度控制器20相连，将探测到的试样钢槽12的温度信息传输到温度控制器20，温度控制器20和感应加热控制柜22相连接，将控制信号传输给感应加热控制柜22，感应加热控制柜22与感应加热线圈21相连接，调节电流的大小和通断控制感应加热线圈21的加热过程。

控压装置包括工业计算机1、压力传感器8、压力机架25、球座17和夹具座18，工业计算机1与压力传感器8相连，压力传感器8位于压力机架25的上部中心位置与压模装置中的上压块9连接，压力传感器8将测试到的上压块9的压力反馈到工业计算机1，夹具座18位于压力机架25下部中心位置与球座17连接，球座17与下压块16连接。

压模装置包括压头11、试样钢槽12、上压块9、下压块16、上隔热垫片10、下隔热垫片15、上进气口23、下进气口24，其中所述的上压块9与压头11螺纹连接，上压块9中心开内螺纹孔，压头11上部车外螺纹；环形上隔热垫片10放置在上压块9与压头11之间，试样钢槽12为U型槽底部中心开孔，通过此孔与下压块16的凸台间隙配合连接；环形下隔热垫片15位于试样钢槽12底部与下压块16之间；上进气口23位于试样钢槽12上部接近端口处，下进气口24位于试样钢槽12底部，试样钢槽12采用25Cr2MoVA型号的耐热钢材料。

实际操作时，将气表2、气瓶4、气阀一5和气阀二6连接，用耐高温输气软管7连接气阀一5、气阀二6和试样钢槽12上的上进气口23、下进气口24，连接完毕打开保护气瓶阀门3、气阀一5和气阀二6，调节气瓶阀门3到合适的气体流量，将保护气充满试样钢槽12，实现整个焊接过程中对待焊金属的保护；其次，将下隔热垫片15放置于下压块16上，再将试样钢槽12放入感应加热线圈21中并置于下隔热垫片15上，实现与下压块16上凸台的间隙配合，达到使试样钢槽12定位的目的，再将两种满足试样钢槽12尺寸要求的待焊接异种金属一13、异种金属二14试样依次放入试样钢槽12，将上隔热垫片10放置到压头11上，压头11与上压块9进行螺纹连接，以上设计保证了加压过程中整个结构不出现偏心且隔热垫片的使用避免了温度向压力机的传导；将红外测温仪19分别与温度控制器20和感应加热控制柜22相连接，并根据待焊异种金属的物理性能提前在温度控制器20上设定好要加热的温度值，在感应加热控制柜22上设定好控制加热速度的加热电流，调整红外测温仪19的位置使其对准感应加热线圈21内试验钢槽12的中心位置，按下感应加热控制柜22上加热按钮开始加热，当试样钢槽12的温度低于温度控制器20设定好的温度时，红外测温仪19会自动探测到并将温度信息传输到温度控制器20，温度控制器20控制感应加热控制柜22继续接通电流，使感应线圈21给试样钢槽12继续加热，当温度达到设定温度时，红外测温仪19会自动探测到并将温度信息传输到温度控制器20，温度控制器20控制感应加热控制柜22切断电流，使感应加热线圈21停止给试样钢槽12加热，当温度再次降低到温度控制器20设定的温度时，感应加热控制柜22将重复上述过程，从而实现对试样的控温、保温过程；最后，在工业计算机1上设定加载压力、加载速度和加载时间，当试样钢槽12加热到预设温度时通过工业计算机1按下加压键，压头11在上压块9的作用下开始向下移动，当压头11接触到异种金属一13时，压力将会通过压力传感器8传输到工业计算机1，并按工业计算机1预设的加载速度和加载压力进行加压，当压力达到预设压力时，压力传感器8将压力信息传递给工业计算机1中，工业计算机1发出命令使压力机停止加压，并按预设的保压时间进行保压，从而完成对异种金属的焊接，最终得到良好的异种金属焊接接头。

以焊接热镀锌45#钢和4043铝合金两种材料为例，在实际操作时将工业计算机1设置加载压力为80KN，加载速度为2mm/min。感应加热控制柜22设置感应加热线圈21加热电流为300A，电压为540V。试样钢槽12中通入保护气，将待焊异种材料放入试样钢槽12中，感应加热线圈21接通电流开始加热，加热30秒后，红外测试仪19探测到试样钢槽12温度为550℃，温度控制器20控制保温时间10分钟，10十分钟后停止加热，待冷却至室温后停止加压和保护气的通入。经测量得到接头显微硬度测试结果如图3所示。图3中1、2、3点为钢基体显微硬度，4、5点为界面处显微硬度，6、7、8点为铝合金基体显微硬度，可以看出界面处硬度较低，应该没有生成金属间化合物。接头平均抗拉结合强度可以达到76MPa。通过测试数据可见，本发明涉及的焊接装置焊接效果优异。

Claims

1.一种异种金属半固态熔敷压力焊接装置，该装置包括控压装置、控温装置、气体保护装置和压模装置，其特征在于：控压装置与压模装置相连接，控压装置将压力传递给压模装置；控温装置中的加热线圈置于压模装置外部，温度控制信号调节感应加热线圈[21]电流的大小和通断，控制对压模装置的加热过程；气体保护装置与压模装置连接，将保护气体输入压模装置内。

2.根据权利要求1所述的异种金属半固态熔敷压力焊接装置，其特征在于：所述的控温装置包括红外测温仪[19]、温度控制器[20]、感应加热线圈[21]、感应加热控制柜[22]，所述的红外测温仪[19]固定在压力机架[25]侧方，与温度控制器[20]相连，将探测到的试样钢槽[12]的温度信息传输到温度控制器[20]，所述的温度控制器[20]和感应加热控制柜[22]相连接，将控制信号传输给感应加热控制柜[22]，所述的感应加热控制柜[22]与感应加热线圈[21]相连接。

3.根据权利要求1所述的异种金属半固态熔敷压力焊接装置，其特征在于：所述的控压装置包括工业计算机[1]、压力传感器[8]、压力机架[25]、球座[17]和夹具座[18]，所述的工业计算机[1]与压力传感器[8]相连，所述的压力传感器[8]位于压力机架[25]的上部中心位置与压模装置中的上压块[9]连接，压力传感器[8]将测试到的上压块[9]的压力反馈到工业计算机[1]，所述的夹具座[18]位于压力机架[25]下部中心位置与球座[17]连接，所述的球座[17]与下压块[16]连接。

4.根据权利要求1所述的异种金属半固态熔敷压力焊接装置，其特征在于：所述的压模装置包括压头[11]、试样钢槽[12]、上压块[9]、下压块[16]、上隔热垫片[10]、下隔热垫片[15]、上进气口[23]、下进气口[24]，其中所述的上压块[9]与压头[11]螺纹连接，上压块[9]中心开内螺纹孔，压头[11]上部车外螺纹；环形上隔热垫片[10]放置在上压块[9]与压头[11]之间，试样钢槽[12]为U型槽底部中心开孔，通过此孔与下压块[16]的凸台间隙配合连接；环形下隔热垫片[15]位于试样钢槽[12]底部与下压块[16]之间；上进气口[23]位于试样钢槽[12]上部接近端口处，下进气口[24]位于试样钢槽[12]底部。

5.根据权利要求4所述的异种金属半固态熔敷压力焊接装置，其特征在于试样钢槽[12]采用25Cr2MoVA型号的耐热钢材料。