CN102873454B

CN102873454B - 一种多层金属带的焊接方法

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Publication number: CN102873454B
Application number: CN201210344925.9A
Authority: CN
Inventors: 李文亚; 张志函; 高大路
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102873454A

Abstract

本发明涉及一种多层金属带的焊接方法，其特征在于：将所焊的多层金属带叠放至所需的厚度，与另一叠放完成的多层金属带或金属板的焊接处对齐；沿焊接方向，在焊缝的起始端固定与被焊多层金属带厚度相同的引焊板；选择轴肩直径为板厚2~3倍的搅拌头，搅拌头上搅拌针的长度比板厚少0.05~0.2mm，轴肩下压量为0.1~0.3mm，根据焊接的材料选择旋转速度和焊接速度进行焊接。本发明工艺节能环保，极大地简化了操作工艺，提高了生产效率；提高了接头质量，保证了接头的导电性能，降低了生产成本；可控性好，易于实现工业化应用。本发明获得的接头组织致密、无气孔、无裂纹、变形很小，并且操作工艺简单，生产周期短、效率高，生产成本低廉。

Description

一种多层金属带的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种多层金属带的焊接方法，适用于多层金属带之间以及多层金属带与金属板的连接。该方法操作工艺简单，生产成本低廉，效率高，接头质量高，可靠性好，易于推广应用。

背景技术

金属带（如铝带、铜带）具有良好的可塑性、导电性、导热性以及易于弯曲变形等特点，已成为电子工业领域中变压器、高低压开关柜、真空电器、封闭母槽、发电机、整流设备等高端器件的生产及其安装中的重要组成部分。因此，在电子工业领域中涉及了大量的多层金属带与其他构件的连接，这种连接可调整设备安装误差、减震、方便试验和设备检修等优点。目前，在工业生产中这种连接主要采用螺栓连接与熔焊技术实现。然而，这种连接要求接头具有良好的导电率、合适的软性度、很好的弹性，同时还要求接头无大量气孔、裂纹、过烧等缺陷。众所周知，采用传统的熔焊技术（如氩弧焊）进行焊接时，接头中不可避免的出现气孔、夹渣、裂纹等典型的熔焊缺陷，尤其是焊接铝及其合金。这些缺陷的产生使得只能通过增加金属带的层数来保证接头的有效导电面积。此外，采用熔焊技术进行焊接，需要耗费大量的时间完成焊前准备工作，也需消耗大量的保护气体等。这些不仅严重降低了生产效率，也在很大程度上增加了生产成本。另一方面，采用螺栓连接时，因金属层之间接触不紧密，界面易氧化，在通电时接触界面极易烧损。

搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding:FSW)是1991年由英国焊接协会（TWI）发明的一种优质、高效、环保、节能的新型固相焊接工艺（如专利说明书US5460317、US5813592所述），因其能实现传统熔焊难以焊接的高强铝合金、镁合金、钛合金、铜合金等的连接而成为航空航天等国防领域和高速列车等民用领域中轻质合金关键高性能复杂构件连接不可替代的关键技术。FSW避免了传统熔焊过程中的诸多缺陷（如气孔、裂纹、飞溅、过烧），同时在焊接过程中无烟尘、飞溅，也不需要焊条、焊丝、焊剂及保护气体等优点。目前，FSW技术已成功应用于航空、航天、船舶、列车、汽车等工业领域中，并创造了可观的社会经济效益，为铝、镁、铜等合金的焊接提供了优质、高效的焊接方法。因此，借鉴FSW技术的优点，开发一种新型的多层金属带的FSW工艺对于提高接头质量、提高生产效率、降低生产成本有着重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多层金属带的焊接方法，获得的接头组织致密、无气孔、无裂纹、变形很小。

技术方案

一种多层金属带的焊接方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将所焊的多层金属带叠放至所需的厚度，与另一叠放完成的多层金属带或金属板的焊接处对齐；所述的两叠多层金属带厚度一致；所述的多层金属带与金属板厚度一致；

步骤2：沿焊接方向，在焊缝的起始端固定与被焊多层金属带厚度相同的引焊板；所述的引焊板为金属板；

步骤3：选择轴肩直径为板厚2~3倍的搅拌头，搅拌头上搅拌针的长度比板厚少0.05~0.2mm，轴肩下压量为0.1~0.3mm，根据焊接的材料选择旋转速度和焊接速度进行焊接；当被焊的一侧为金属板时，金属板位于焊接前进侧位置。

当被焊接的金属带的厚度小于1.0mm时，放置一块厚度1.0~4.0mm的同质或异质金属压板在焊接部位一同焊接。

当焊接结束时被焊金属带上不留匙孔时，在焊接结束端固定与被焊多层金属带厚度相同的收孔板；所述的收孔板为金属板。

所述的金属带为铝带、铜带、锡带、镁带或铅带，金属带厚度为0.1~2.0mm。

所述的金属板为铝板、铜板、锡板、镁板或铅板，厚度为2.0~50.0mm。

有益效果

本发明提出的一种多层金属带的焊接方法，采用FSW技术实现金属带的连接，该工艺节能环保，极大地简化了操作工艺，提高了生产效率；提高了接头质量，保证了接头的导电性能，降低了生产成本；可控性好，易于实现工业化应用。本发明获得的接头组织致密、无气孔、无裂纹、变形很小，并且操作工艺简单，生产周期短、效率高，生产成本低廉。

附图说明

图1为实施本发明所涉及的金属带与金属带或金属板的装配示意图；

图2本实施实例获得的接头宏观形貌：

(a)上表面；(b)横截面；

1—金属板或金属带，2—对接接头的焊缝中心线，3—收孔板，4—多层金属带叠放形成的焊接试样，5—金属压板，6—金属带，7—引焊板。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1为本发明示意图：1为金属板试样或多层金属带叠放形成的试样，即，1可与4相同，也可不同。2为试样对接接头的焊缝中心线。3为收孔板，其功能是引出焊接结束时留在试样上的匙孔。根据实际工艺需要，如果不必引出焊接结束时在被焊试样上留下的匙孔，可不要收孔板，3与7板位置可以互换，材料可以不同；4为多层金属带叠放形成的焊接试样。当金属带的厚度小于1.0mm时，4由5与6两部分组成，5为放置最顶层的1.0~4.0mm厚的一块金属压板，6为金属带；当金属带的厚度大于1.0mm时，4仅由6组成。7为引焊板，其功能是用于搅拌工具的插入。

首先将所焊的多层金属带与多层金属带或多层金属带与金属板固定在焊接夹具上，如被焊件有金属板，使其在前进侧。当金属带的厚度小于1.0mm时，在其顶部必须放置一块厚度1.0~4.0mm的同质或异质压板以保证接头的质量。此外，沿焊接方向，在被焊件的两端固定厚度相同的引焊板和收孔板。然后，根据焊接的材料选择旋转速度与焊接速度，选择轴肩直径为板厚的2~3倍的搅拌头，搅拌针的长度可小于板厚0.05~0.2mm，轴肩下压量为0.1~0.3mm，采用FSW技术进行焊接。焊接的起始点在引焊板上，结束点在收孔板上，根据实际工艺需要，可选择是否需要收孔板。

实施例：选择尺寸为120.0×120.0×0.5mm的1060铝带，120.0×80.0×10.0mm的1060铝合金板，100.0×60.0×2.0mm的2024铝合金压板，30.0×30.0×10.0mm的1060铝合金板。将所述17层1060铝带与2.0mm的2024铝合金压板叠放一起，按照图1，将被焊工件与引焊板固定在夹具上。选择轴肩直径24mm的搅拌头，搅拌针长度为9.9mm，焊接速度为200mm/min，旋转速度为600rpm，轴肩下压量为0.1mm，采用FSW技术进行连接。需要指出的是：本实施实例中不包括收孔板。本实施实例获得的接头如图2所示，该图中引焊板已被切除。从图2(a)可以看出，接头表面光滑平整、无沟槽等，飞边小，焊缝成形较好。从图2(b)可看出，接头中无孔洞、隧道等缺陷。此外，焊缝中金属带之间紧密连接，形成可靠接头，而焊缝外部，金属带之间的界线仍清晰可见。综上所述表明，该工艺实现了金属带与金属板的可靠连接。因此，本发明开发的工艺切实可行。

Claims

1.一种多层金属带的焊接方法，其特征在于步骤如下：

步骤3：选择轴肩直径为板厚2～3倍的搅拌头，搅拌头上搅拌针的长度比板厚少0.05～0.2mm，轴肩下压量为0.1～0.3mm，根据焊接的材料选择旋转速度和焊接速度进行焊接；当被焊的一侧为金属板时，金属板位于焊接前进侧位置；

当被焊接的金属带的厚度小于1.0mm时，放置一块厚度1.0～4.0mm的同质或异质金属压板在焊接部位一同焊接；

当焊接结束时被焊金属带上不留匙孔时，在焊接结束端固定与被焊多层金属带厚度相同的收孔板；所述的收孔板为金属板；

所述的金属带为铝带、铜带、锡带、镁带或铅带，金属带厚度为0.1～2.0mm；

所述的金属板为铝板、铜板、锡板、镁板或铅板，厚度为2.0～50.0mm。