CN103785941A - 快速剪切实现金属板材固态连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法，包括以下步骤，第一步：待连接钢板搭接，每块钢板的端部均与另外一块钢板点焊；第二步：将搭接后的钢板加热到再结晶温度之上100~150℃；第三步：将加热后的钢板倾斜45度后，在搭接段中部纵向快速剪切，使剪切后两块钢板位于同一水平面内、且切口相互挤压，实现金属板的连接；第四步：清除钢板表面遗留的切断部分；其优点在于：两块金属板材剪切部位金属被剪刃和止料刃限制而承受三向压应力，发生滑移、位错变形，产生新生金属面，变形功转化为热能导致金属升温，通过微观塑性变形、急剧变形热能和摩擦热能使连接金属面产生微量液相而扩大连接表面的物理接触，形成元素扩散、冶金结合。

Description

快速剪切实现金属板材固态连接的方法
技术领域
本发明涉及一种金属板材连接方法技术领域，尤其是一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法。
背景技术
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程，促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压，金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类，目前，常用的中、厚板金属和金属板材连接方法为高温热源焊接。高温热源焊接方法连接时间长、距离长，设备庞大，效率低，而且存在钢坯端面形状偏差及钢种的变化影响焊接的质量，焊接系统故障较多，焊瘤难以去除等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法，能够有效改善板材焊接端面偏错位的问题，提高尺寸精度、焊接质量和焊接效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于:包括以下步骤，
    第一步：待连接钢板搭接，每块钢板的端部均与另外一块钢板点焊；
    第二步：将搭接后的钢板加热到100~150℃；
    第三步：将加热后的钢板倾斜45度后，在搭接段中部纵向快速剪切，使剪切后两块钢板位于同一水平面内、且切口相互挤压，实现金属板的连接；
    第四步：清除钢板表面遗留的切断部分。
所述第一步包括将两块钢板焊接端搭接，确保两块钢板设定位置，并在钢板端部点焊连接。
所述第二步包括将搭接后的钢板用电炉加热至再结晶温度之上100~150℃，也可以局部加热。
所述第三步包括使用剪切设备将搭接后的钢板在搭接段剪切，所述剪切设备包括刚性顶料板、弹性顶料板、上剪模和下剪模，所述上剪模和下剪模均为长方体结构，上剪模右下方从右至左依次设有剪切刃和止料刃，下剪模左上方从左至右依次设有剪切刃和止料刃，所述上剪模右侧设有刚性顶料板，所述下剪模的左侧设有弹性顶料板，所述刚性顶料板下表面和弹性顶料板上表面为相互平行的45度斜面，所述刚性顶料板左侧面与下剪模的止料刃相对，弹性顶料板的右侧面与上剪模的止料刃相对。
本发明的有益效果如下：本发明采用剪切的方式实现金属坯料连接，金属坯料需工业电炉加热至再结晶温度以上100~150℃进行，在剪切过程中，两块金属板材剪切部位金属被剪刃和止料刃限制而承受三向压应力，发生滑移、位错变形，产生新生金属面，变形功转化为热能导致金属升温，通过微观塑性变形、急剧变形热能和摩擦热能使连接金属面产生微量液相而扩大连接表面的物理接触，并因温度和压力作用使板材间新生金属面形成元素扩散、冶金结合。
附图说明
图1是本发明剪切前钢板一和钢板二搭接状态示意图；
图2是图1中板一和钢板二剪切后状态示意图；
图3是本发明中使用的剪切设备结构示意图；
在附图中：1、钢板一；2、焊点；3、钢板二；4、刚性顶料板；5、上剪模；6、弹性顶料板；7、下剪模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
综上所述，本发明公开了一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于:包括以下步骤，
    第一步：待连接钢板一和钢板二焊接端搭接，搭接长度大于刚性顶料板右侧面和上剪模止料刃之间的距离，搭接后将钢板一和钢板二端部点焊，起到预先连接的作用，同时将钢板一和钢板二进行初步定位，防止剪切过程中错位而影响焊接质量（参见附图1）；
    第二步：将搭接后的钢板加热到再结晶温度之上100~150℃，在此温度区域内进行快速剪切挤压，保持一定的压力即可实现原子扩散，实际上是利用冶金结合的原理实现连接；
第三步：将加热后的钢板倾斜45度后，在搭接段中部纵向快速剪切，使剪切后两块钢板位于同一水平面内、且切口相互挤压，实现金属板的连接，将搭接好的钢板一1和钢板二3整体加热或者局部加热以后，将其倾斜45度后放入剪切设备，本发明中的剪切设备包括刚性顶料板4、弹性顶料板6、上剪模5和下剪模7，所述上剪模5和下剪模7均为长方体结构，上剪模5右下方从右至左依次设有剪切刃和止料刃，下剪模7左上方从左至右依次设有剪切刃和止料刃，所述上剪模5右侧设有刚性顶料板4，所述下剪模7的左侧设有弹性顶料板6，所述刚性顶料板4下表面和弹性顶料板6上表面为相互平行的45度斜面，所述刚性顶料板4左侧面与下剪模7的止料刃相对，弹性顶料板6的右侧面与上剪模5的止料刃相对；在具体应用过程中，将下剪模7和弹性顶料板6安装在压力机的工作台上，将上剪模5和刚性顶料板4安装在压力机的压头上，将搭接好的钢板搭接段置于上剪模5和下剪模7之间，要确保搭接头分别位于刚性顶料板左侧和弹性顶料板右侧（参见附图2），定位好后操纵压力机下压上剪模5和刚性顶料板4，上剪模5和刚性顶料板4向下压搭接在一起的钢板一1和钢板二3，在上剪模5和下剪模7的作用下，剪切挤压钢板一1和钢板二4的搭接段，与上剪模5对应部分的搭接段在剪切刃和止料刃的作用下向下移动，在快速剪切过程中，剪切面之间相互摩擦，挤压成型原子扩散，形成新的结合面，在剪切过程中弹性顶料板向下移动至钢板一和钢板二上下表面平行对接。
本发明在具体应用过程中，金属坯料需工业电炉加热至再结晶温度以上100~150℃，在剪切过程中，两块钢板剪切部位金属被剪切刃和止料刃限制而承受三向压应力，发生滑移、位错变形，产生新生金属面，变形功转化为热能导致金属升温，通过微观塑性变形、急剧变形热能和摩擦热能使连接金属面产生微量液相而扩大连接表面的物理接触，并因温度和压力作用使钢板间新生金属面形成元素扩散、冶金结合。冷却后，板料连接强度为基材的70%以上。采用快速剪切装置连接板料达到了提高效率、降低成本和保证质量的目的，从分本上解决了大型中厚板、棒材（中间坯）焊接连接效率低、质量差的问题，降低了生产成本，可有效地快速连接，效率高，结构简单；剪切连接完成后，人工清除钢板表面遗留的切断部分（参见附图2）。 

Claims (4)

1.一种快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于:包括以下步骤，
    第一步：待连接钢板搭接，每块钢板的端部均与另外一块钢板点焊；
    第二步：将搭接后的钢板加热到再结晶温度之上100~150℃；
    第三步：将加热后的钢板倾斜45度后，在搭接段中部纵向快速剪切，使剪切后两块钢板位于同一水平面内、且切口相互挤压，实现金属板的连接；
    第四步：清除钢板表面遗留的切断部分。
2.根据权利要求1所述的快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于：所述第一步包括将两块钢板焊接端搭接，确保两块钢板设定位置，并在钢板端部点焊连接。
3.根据权利要求1所述的快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于：所述第二步包括将搭接后的钢板用电炉加热至再结晶温度之上100~150℃，也可以局部加热。
4.根据权利要求1所述的快速剪切实现金属板材固态连接的方法，其特征在于：所述第三步包括使用剪切设备将搭接后的钢板在搭接段剪切，所述剪切设备包括刚性顶料板（4）、弹性顶料板（6）、上剪模（5）和下剪模（7），所述上剪模（5）和下剪模（7）均为长方体结构，上剪模（5）右下方从右至左依次设有剪切刃和止料刃，下剪模（7）左上方从左至右依次设有剪切刃和止料刃，所述上剪模（5）右侧设有刚性顶料板（4），所述下剪模（7）的左侧设有弹性顶料板（6），所述刚性顶料板（4）下表面和弹性顶料板（6）上表面为相互平行的45度斜面，所述刚性顶料板（4）左侧面与下剪模（7）的止料刃相对，弹性顶料板（6）的右侧面与上剪模（5）的止料刃相对。
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