CN107803581A - 一种异种材质钢材的连接工艺方法 - Google Patents

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孙禄善
夏华洋
林娜
闫勇
檀杰
俞海云
冒爱琴
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Abstract

本发明提供一种异种材质钢材的连接工艺方法，包括：采用Ni‑Mn‑Nb‑Al‑Cu复合材料作为中间层，夹在异种材质钢材连接表面之间，利用脉冲电容装置的强磁场，引发所述异种材质钢材及Ni‑Mn‑Nb‑Al‑Cu材料的高温感应，在高压作用下紧密结合，形成金属键接，实现所述Ni‑Mn‑Nb‑Al‑Cu中间层与所述异种材质钢材之间的连接；具有效能高、接头材料微观组织均匀、强度高诸多优点，可以部分替代铜钎焊、摩擦焊及熔化焊，减轻构件重量、降低生产成本、缩短加工周期。

Description

一种异种材质钢材的连接工艺方法
技术领域
本发明涉及冶金铸造领域，尤其涉及一种异种材质钢材的连接工艺方法。
背景技术
连接是异种材料连接结构广泛应用的关键环节，由于异种材料的物理、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。机械连接和胶接存在强度低、结构质量大、胶接产生多余物缺点；而常规熔焊方法则存在：冶金不相容性，界面形成脆性化合物相；由于热物理性能不匹配产生残余应力；力学性能差异巨大导致连接界面力学失配，产生严重的应力奇异行为。上述问题的存在，不但使得异种材料连接困难，而且还影响到接头组织、性能和力学行为，甚至严重影响构件结构的完整性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种异种材质钢材的连接工艺方法。
为实现以上目的，本发明提供的技术解决方案包括如下步骤：
(1)将需要连接的异种材质钢材冲裁成加工材料，清理异种材质钢材连接表面，进行抛光处理，清除异种材质钢材连接表面的氧化层和吸附层；采用Ni-Mn-Nb-Al-Cu材料作为中间层，以Al作为活性钎料的基础成分，构成Al基活性钎料，根据吉布斯自由能的计算理论，选择添加Cu、Ni、Mn和Nb元素作为Al基活性钎料的组元；Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在异种材质钢材连接表面之间；
(2)将脉冲电容装置置于两块异种材质钢材上方，距离不超过10cm；脉冲电容装置包括：电压发生器、信号发生器、半导体开关、电容元件、放电线圈；电压发生器生成220V电压；信号发生器将在一个周期中包含脉冲提供期间和在脉冲提供期间之后的脉冲停止期间的期间设定信号，与脉冲信号进行重叠，生成仅在脉冲提供期间生成脉冲信号的合成信号，脉冲信号的频率为比期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比220V要低的电压值；半导体开关在合成信号的电压值低于110V时，利用来自电压发生器生成的电压，在电容元件中存储电荷，在合成信号的电压值在110V以上时，使存储于电容元件的电荷释放，利用由电容元件释放出的电荷来生成以220V作为峰值的脉冲电压，且向设置有负载的放电线圈提供脉冲电压；
(3)脉冲电容装置能够把电压发生器在较长时间间隔内对电容元件的充电能量储存起来，连接异种材质钢材时，在极短的时间间隔内将所储存的能量，通过放电线圈迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率；放电线圈放电时，流过的高频衰减振荡电流产生瞬态变化的强磁场，异种材质钢材在感应电流作用下，产生作用于其上的脉冲磁场力，引发异种材质钢材连接表面运动、震荡，温度急速上升，Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层转变为高速金属塑性流态；异种材质钢材的感应电流强度与自旋系统的弛豫过程有关，原子与周围介质相互作用，即自旋－晶格弛豫，使能级谱线具有一定宽度；原子之间相互作用，即自旋－自旋弛豫，致使满足感应条件的外磁场强度B并非单一值，两块者的作用使满足感应条件：
ΔE＝gNμNB (1)
B为外磁场强度，具有一定的展宽，其中gN为朗德因子，μN为磁子，ΔE为脉冲电容装置储存的能量，因此从磁感应吸收线形可以定性或半定量地分析弛豫参数，磁矩M在外磁场强度B作用下的运动方程，其中γ为旋磁比：
(4)在异种材质钢材连接段上，用加载压力机加载12MPa压力条件；加载压力机包括加载压力系统和数据采集处理系统；加载压力系统包括承台、刚性垫板、升降台、圆形加压头、2块夹板、伺服电机、载荷传感器；数据采集处理系统包括计算机和控制器；首先将异种材质钢材放在承台上，在异种材质钢材上方放置刚性垫板，以使荷载均匀的传递给异种材质钢材；调节升降台的位置，使升降台下方的圆形加压头与刚性垫板接触；调节夹2块的位置夹紧异种材质钢材；然后根据加载压力要求在计算机中输入荷载大小、加荷速率、荷载控制方式等参数，对加载压力系统进行控制；载荷传感器将采集的数据传入控制器和计算机，计算机分析所得数据，并根据分析结果通过控制器控制伺服电机加速或减速，实现了压力的闭环控制；Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在异种材质钢材连接表面，在高压下紧密结合而形成金属键接，随着变形过程的进行，金属键合面积逐步扩大到整个连接表面，实现Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层与异种材质钢材之间的连接。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下详细说明对本发明的一个实施例。
实施例1：一种异种材质钢材的连接工艺方法，具体如下：
(1)将需要连接的异种材质钢材冲裁成加工材料，清理异种材质钢材连接表面，进行抛光处理，清除异种材质钢材连接表面的氧化层和吸附层；采用Ni-Mn-Nb-Al-Cu材料作为中间层，以Al作为活性钎料的基础成分，构成Al基活性钎料，根据吉布斯自由能的计算理论，选择添加Cu、Ni、Mn和Nb元素作为Al基活性钎料的组元；Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在异种材质钢材连接表面之间；
(2)将脉冲电容装置置于两块异种材质钢材上方，距离不超过10cm；脉冲电容装置包括：电压发生器、信号发生器、半导体开关、电容元件、放电线圈；电压发生器生成220V电压；信号发生器将在一个周期中包含脉冲提供期间和在脉冲提供期间之后的脉冲停止期间的期间设定信号，与脉冲信号进行重叠，生成仅在脉冲提供期间生成脉冲信号的合成信号，脉冲信号的频率为比期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比220V要低的电压值；半导体开关在合成信号的电压值低于110V时，利用来自电压发生器生成的电压，在电容元件中存储电荷，在合成信号的电压值在110V以上时，使存储于电容元件的电荷释放，利用由电容元件释放出的电荷来生成以220V作为峰值的脉冲电压，且向设置有负载的放电线圈提供脉冲电压；
(3)脉冲电容装置能够把电压发生器在较长时间间隔内对电容元件的充电能量储存起来，连接异种材质钢材时，在极短的时间间隔内将所储存的能量，通过放电线圈迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率；放电线圈放电时，流过的高频衰减振荡电流产生瞬态变化的强磁场，异种材质钢材在感应电流作用下，产生作用于其上的脉冲磁场力，引发异种材质钢材连接表面运动、震荡，温度急速上升，Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层转变为高速金属塑性流态；异种材质钢材的感应电流强度与自旋系统的弛豫过程有关，原子与周围介质相互作用，即自旋－晶格弛豫，使能级谱线具有一定宽度；原子之间相互作用，即自旋－自旋弛豫，致使满足感应条件的外磁场强度B并非单一值，两块者的作用使满足感应条件：
ΔE＝gNμNB (1)
B为外磁场强度，具有一定的展宽，其中gN为朗德因子，μN为磁子，ΔE为脉冲电容装置储存的能量，因此从磁感应吸收线形可以定性或半定量地分析弛豫参数，磁矩M在外磁场强度B作用下的运动方程，其中γ为旋磁比：
(4)在异种材质钢材连接段上，用加载压力机加载12MPa压力条件；加载压力机包括加载压力系统和数据采集处理系统；加载压力系统包括承台、刚性垫板、升降台、圆形加压头、2块夹板、伺服电机、载荷传感器；数据采集处理系统包括计算机和控制器；首先将异种材质钢材放在承台上，在异种材质钢材上方放置刚性垫板，以使荷载均匀的传递给异种材质钢材；调节升降台的位置，使升降台下方的圆形加压头与刚性垫板接触；调节夹2块的位置夹紧异种材质钢材；然后根据加载压力要求在计算机中输入荷载大小、加荷速率、荷载控制方式等参数，对加载压力系统进行控制；载荷传感器将采集的数据传入控制器和计算机，计算机分析所得数据，并根据分析结果通过控制器控制伺服电机加速或减速，实现了压力的闭环控制；Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在异种材质钢材连接表面，在高压下紧密结合而形成金属键接，随着变形过程的进行，金属键合面积逐步扩大到整个连接表面，实现Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层与异种材质钢材之间的连接。
本发明的有益成果为：具有效能高、接头材料微观组织均匀、强度高诸多优点，可以部分替代铜钎焊、摩擦焊及熔化焊，减轻构件重量、降低生产成本、缩短加工周期。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种异种材质钢材的连接工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将需要连接的异种材质钢材冲裁成加工材料，清理所述异种材质钢材连接表面，进行抛光处理，清除所述异种材质钢材连接表面的氧化层和吸附层；采用Ni-Mn-Nb-Al-Cu材料作为中间层，以Al作为活性钎料的基础成分，构成Al基活性钎料，根据吉布斯自由能的计算理论，选择添加Cu、Ni、Mn和Nb元素作为所述Al基活性钎料的组元；所述Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在所述异种材质钢材连接表面之间；
(2)将脉冲电容装置置于两块异种材质钢材上方，距离不超过10cm；所述脉冲电容装置包括：电压发生器、信号发生器、半导体开关、电容元件、放电线圈；所述电压发生器生成220V电压；所述信号发生器将在一个周期中包含脉冲提供期间和在所述脉冲提供期间之后的脉冲停止期间的期间设定信号，与脉冲信号进行重叠，生成仅在所述脉冲提供期间生成所述脉冲信号的合成信号，所述脉冲信号的频率为比所述期间设定信号的频率要高的脉冲反复频率、且其振幅值为比所述电压的值要低的电压值；所述半导体开关在所述合成信号的电压值低于110V时，利用来自所述电压发生器生成的所述电压，在所述电容元件中存储电荷，在所述合成信号的电压值在所述110V以上时，使存储于所述电容元件的电荷释放，利用由所述电容元件释放出的电荷来生成以所述电压的值作为峰值的脉冲电压，且向设置有负载的所述放电线圈提供所述脉冲电压；
(3)所述脉冲电容装置能够把所述电压发生器在较长时间间隔内对所述电容元件的充电能量储存起来；连接异种材质钢材时，在极短的时间间隔内将所储存的能量，通过所述放电线圈迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率；所述放电线圈放电时，流过的高频衰减振荡电流产生瞬态变化的强磁场，所述异种材质钢材在感应电流作用下，产生作用于其上的脉冲磁场力，引发所述异种材质钢材连接表面运动、震荡，温度急速上升，所述Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层转变为高速金属塑性流态；所述异种材质钢材的感应电流强度与自旋系统的弛豫过程有关，原子与周围介质相互作用，即自旋－晶格弛豫，使能级谱线具有一定宽度；原子之间相互作用，即自旋－自旋弛豫，致使满足感应条件的外磁场强度B并非单一值，两块者的作用使满足感应条件：
ΔE＝gNμNB (1)
B为外磁场强度，具有一定的展宽，其中gN为朗德因子，μN为磁子，ΔE为脉冲电容装置储存的能量，因此从磁感应吸收线形可以定性或半定量地分析弛豫参数，磁矩M在外磁场强度B作用下的运动方程，其中γ为旋磁比：
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(4)在所述异种材质钢材连接段上，用加载压力机加载12MPa压力条件；所述加载压力机包括加载压力系统和数据采集处理系统；所述加载压力系统包括承台、刚性垫板、升降台、圆形加压头、2块夹板、伺服电机、载荷传感器；所述数据采集处理系统包括计算机和控制器；首先将所述异种材质钢材放在承台上，在异种材质钢材上方放置刚性垫板，以使荷载均匀的传递给异所述种材质钢材；调节所述升降台的位置，使所述升降台下方的圆形加压头与刚性垫板接触；调节所述夹2块的位置夹紧异种材质钢材；然后根据加载压力要求在计算机中输入荷载大小、加荷速率、荷载控制方式等参数，对加载压力系统进行控制；载荷传感器将采集的数据传入控制器和计算机，计算机分析所得数据，并根据分析结果通过控制器控制伺服电机加速或减速，实现了压力的闭环控制；所述Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层夹在所述异种材质钢材连接表面，在高压下紧密结合而形成金属键接；随着变形过程的进行，金属键合面积逐步扩大到整个连接表面，实现所述Ni-Mn-Nb-Al-Cu中间层与所述异种材质钢材之间的连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110026670A (zh) * 2019-05-16 2019-07-19 福州大学 异种金属板集磁-控力式磁脉冲连接装置及其工作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1243777A (zh) * 1999-01-30 2000-02-09 深圳市宝安联华实业有限公司 环－面异种金属高频加热压力钎焊方法及设备
CN102211235A (zh) * 2011-04-18 2011-10-12 哈尔滨工业大学 发动机异种不锈钢喷油嘴螺母的钎焊方法及钎焊装置
CN103999347A (zh) * 2011-12-20 2014-08-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 脉冲电压发生装置
CN205067233U (zh) * 2015-11-09 2016-03-02 大连理工大学 二维加载压力机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1243777A (zh) * 1999-01-30 2000-02-09 深圳市宝安联华实业有限公司 环－面异种金属高频加热压力钎焊方法及设备
CN102211235A (zh) * 2011-04-18 2011-10-12 哈尔滨工业大学 发动机异种不锈钢喷油嘴螺母的钎焊方法及钎焊装置
CN103999347A (zh) * 2011-12-20 2014-08-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 脉冲电压发生装置
CN205067233U (zh) * 2015-11-09 2016-03-02 大连理工大学 二维加载压力机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110026670A (zh) * 2019-05-16 2019-07-19 福州大学 异种金属板集磁-控力式磁脉冲连接装置及其工作方法

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