CN104741772A - 一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法。不锈钢接头和铝合金接头之间为“S”形曲面搭接，不锈钢接头与铝合金接头之间留有间隙，通过真空扩散焊接连接接头。加工不锈钢接头、铝合金接头和模具；用NaoH溶液处理不锈钢表面，用硝酸和氢氟酸处理铝合金表面；将不锈钢接头和铝合金接头放置在模具中，进行扩散焊接，抽真空至10-2Pa以下；然后，进行加热并保温；加压并保压。本发明可以避免形成第二相等脆性金属间化合物，保证了接头的力学性能；扩散焊接后，不锈钢/铝合金形成“S”连接，不锈钢/铝合金接头承受纵向、横向外力、残余应力不仅限于结合界面，由于接头两种金属相互咬合，基体可以承受部分的外力、残余应力。

Description

一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法，属于金属材料加工领域。
背景技术
铝合金与不锈钢的连接结构在航天工业、核工业等领域有广泛的应用。铝合金与不锈钢两种材料在物理性能（熔点、热导率等）、力学性能等方面差距很大；铝合金表面的氧化物、不锈钢中的铁、铬等元素与铝形成的第二相都对焊接件的力学性能产生不利影响。为了保证不锈钢/铝管路的焊接质量与气密性，人们提出了扩散焊接、爆炸焊接、搅拌摩擦焊接等多种解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对不锈钢/铝合金接头扩散焊接中存在的不足，提供一种接头力学性能高、气密性好的扩散焊接方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法，不锈钢接头和铝合金接头之间为“S”形曲面搭接，通过真空扩散焊接连接接头，近“S”形搭接曲面如图2所示。
不锈钢接头为近似“凸”形，铝合金接头为近似“凹”形，不锈钢接头与铝合金接头的端面部分为平面，边缘部分为相互配合的近“S”形曲面。
所述的不锈钢接头与铝合金端面之间留有间隙，即近“S”形曲面相互配合搭接及端面平面之间留有一定的间隙、行程。
上述连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其包括如下具体步骤：
（1）加工不锈钢接头、铝合金接头和模具等，使不锈钢接头和铝合金接头之间为“S”形曲面搭接，且两个接头之间留有空隙；
（2）用NaoH溶液处理不锈钢表面，用硝酸和氢氟酸处理铝合金表面；
（3）将不锈钢接头和铝合金接头放置在模具中，进行扩散焊接，抽真空至10-2Pa以下；
（4）然后，加热并保温；加热温度310～350℃，保温时间为30～50min；
（5）加压并保压，加压压力150～200MPa，保压时间为30～40min。
本发明的优点在于：
本发明通过控制加热温度为310～350℃，可以保证避免形成大量的第二相等脆性金属间化合物，保证了接头的力学性能。在低温310～350℃下保证铝合金金属内部流动，图2所示，消除步骤（2）没有去除的表面氧化物、夹杂等杂质，形成良好的不锈钢/铝合金物理界面，促进界面扩散。
扩散焊接后，不锈钢/铝合金形成近“S”连接，不锈钢/铝合金接头承受纵向、横向外力、残余应力不仅限于结合界面，由于接头两种金属相互咬合，基体可以承受部分的外力、残余应力。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为不锈钢/铝斜面接头示意图。
图2为本发明不锈钢/铝合金接头连接示意图。
主要附图标记：
1 不锈钢    2 铝合金
3 模具
具体实施方式
如图1所示，为不锈钢/铝斜面接头示意图。由于铝合金与不锈钢两种材料在物理性能（熔点、热导率等）、力学性能等方面差距很大，不锈钢/铝合金之间采用斜面接头不能保证接头的室温、低温力学性能与气密性的要求。
本发明将不锈钢1接头和铝合金2接头之间设计为近“S”形曲面搭接，通过真空扩散焊接连接接头，近“S”形搭接曲面如图2所示。不锈钢接头为近似“凸”形，铝合金接头为近似“凹”形，不锈钢接头与铝合金接头的端面部分为平面，边缘部分为相互配合的近“S”形曲面。
不锈钢接头与铝合金端面之间留有间隙，即近“S”形曲面相互配合搭接及端面平面之间留有一定的间隙、行程。
本发明连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其包括如下具体步骤：
（1）加工不锈钢1接头、铝合金2接头和模具3等，使不锈钢1接头和铝合金2接头之间为近“S”形曲面搭接，且两个接头之间留有空隙；
（2）用一定浓度的NaoH溶液处理不锈钢1表面；用一定浓度比例的硝酸、氢氟酸处理铝合金2表面；
（3）将不锈钢1接头和铝合金2接头放置在模具3中，进行扩散焊接；扩散焊接时，抽真空至10-2Pa以下；
（4）然后，进行加热并保温；加热温度至310～350℃，保温30～50min；可以保证避免形成第二相等脆性金属间化合物，保证了接头的力学性能。
（5）加压并保压；按照一定加压速率加压至150～200MPa，压下一定行程，保持压力30～40min。在低温310～350℃下保证铝合金金属内部流动，图2所示，消除步骤（2）没有去除的表面氧化物、夹杂等杂质，形成很好的不锈钢/铝合金物理界面，促进界面扩散。
实施例1：
不锈钢316L/铝合金5083扩散连接。对接头的性能指标要求：室温切向拉伸性能大于等于100MPa；77K温度下的切向拉伸强度大于等于80MPa。
（1）按照图2所示加工不锈钢、铝合金接头，模具等；
（2）用20%（体积百分比）NaoH溶液处理不锈钢表面；用10%（体积百分比）硝酸、8%（体积百分比）氢氟酸处理铝合金表面；
（3）扩散焊接时，抽真空至10-2Pa以下；
（4）加热温度至310℃，保温40min；
（5）按照一定加压速率加压至150MPa，压下一定行程，保持压力30min。测量接头的性能，见表1。
表1、接头性能
指标 结果/MPa
室温切向拉伸强度 123
77K切向拉伸强度 112
实施例2
不锈钢304/铝合金6061扩散连接。对接头的性能指标要求：室温切向拉伸性能大于等于100MPa；77K温度下的切向拉伸强度大于等于80MPa。
（1）按照图2所示加工不锈钢、铝合金接头，模具等；
（2）用20%（体积百分比）NaoH溶液处理不锈钢表面；用10%（体积百分比）硝酸、8%（体积百分比）氢氟酸处理铝合金表面；
（3）扩散焊接时，抽真空至10-2Pa以下；
（4）加热温度至350℃，保温40min；
（5）按照一定加压速率加压至200MPa，压下一定行程，保持压力40min。测量接头的性能，见表2。
表2、接头性能
指标 结果/MPa
室温切向拉伸强度 130
77K切向拉伸强度 119
扩散焊接后，不锈钢/铝合金形成近“S”连接，不锈钢/铝合金接头承受纵向、横向外力、残余应力不仅限于结合界面，由于接头两种金属相互咬合，基体可以承受部分的外力、残余应力。

Claims (6)

1.一种连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于：不锈钢接头和铝合金接头之间为“S”形曲面搭接，通过真空扩散焊接连接接头。
2.如权利要求1所述的连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于：所述的不锈钢接头与铝合金接头的端面部分为平面，边缘部分为“S”形曲面。
3.如权利要求2所述的连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于：所述的不锈钢接头与铝合金接头之间留有间隙。
4.如权利要求3所述的连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）加工不锈钢接头、铝合金接头和模具，使不锈钢接头和铝合金接头之间为“S”形曲面搭接，且两个接头之间留有空隙；
（2）用NaoH溶液处理不锈钢表面，用硝酸和氢氟酸处理铝合金表面；
（3）将不锈钢接头和铝合金接头放置在模具中，进行扩散焊接，抽真空至10-2Pa以下；
（4）然后，进行加热并保温；
（5）加压并保压。
5.如权利要求4所述的连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于：所述的加热温度为310～350℃，保温时间为30～50min。
6.如权利要求4所述的连接不锈钢与铝合金的焊接方法，其特征在于：所述的加压压力为150～200MPa，保压时间为30～40min。
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