CN110064834B - 一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法，包括：步骤一，根据上铝板和下铝板厚度选取铝丝直径；步骤二，对上铝板和下铝板和铝丝进行表面处理；步骤三，将铝丝放置于上铝板和下铝板之间，将上铝板和下铝板通过焊接形成一个口袋，口袋一侧留一开口，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行抽真空和通氩气；步骤四，将上铝板和下铝板形成的口袋加热至目标温度；步骤五，对上铝板和下铝板施加压力，将上铝板和下铝板之间的铝丝压变形，并保持一定时间，通过铝丝实现铝合金板材局部扩散连接。本发明将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，工艺方法简单，铝合金板材局部扩散连接焊合率高。

Description

一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法
技术领域
本发明属于铝合金板材的局部扩散连接技术领域，尤其涉及一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法。
背景技术
扩散连接技术是在一定的温度和压力下，经过保压一段时间后，使材料两对接面的原子相互扩散，最终实现接头的冶金结合的固相连接技术。扩散连接具有接头质量好、变形量小、可实现局部或大面积构件的连接等优点。
铝合金具有密度低、比强度高、比刚度高、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能较高等优点，广泛应用于航空航天以及民用领域。但是，铝合金表面在室温下极易形成一层致密稳定的氧化膜，且在扩散连接过程中该氧化膜既不分解也不溶解于基体，严重阻碍铝原子的相互扩散。
目前，实现铝合金扩散连接的方法主要有：真空环境、惰性气体保护、添加中间层以及大的形变量。真空环境在扩散连接过程中可以有效防止铝合金表面的氧化，但使工艺难度增加，并不能完全避免铝合金表面的氧化。惰性气体保护也可以有效防止铝合金表面的氧化，可以达到和真空环境同样的效果，但实际工艺中铝合金都不可避免的会接触空气，对防止铝合金表面氧化的作用也是有限的。添加中间层通常会在界面处形成新的相或者与母材发生反应生成脆性金属间化合物，大大降低了连接接头的剪切强度，有很大局限性。现有的大的形变量方法只适合整体扩散连接，不适合多层结构等需要的局部扩散连接，其应用范围也很有限。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法，过施加压力使铝丝和上铝板与下铝板发生塑性变形，将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，工艺方法简单，铝合金板材局部扩散连接焊合率高。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据上铝板的厚度和下铝板的厚度选取一定直径的铝丝；(2)对上铝板、下铝板和铝丝进行表面处理；(3)将铝丝放置于上铝板和下铝板之间，将上铝板和下铝板通过焊接形成一个口袋，口袋一侧留一开口，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行抽真空后并通氩气；(4)将上铝板和下铝板形成的口袋加热至目标温度；(5)对上铝板和下铝板施加压力，将上铝板和下铝板之间的铝丝压扁变形，并保持一定时间，通过铝丝实现铝合金板材局部扩散连接。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(1)中，所述上铝板的厚度和所述下铝板的厚度均为t，铝丝的直径为d，存在关系为：d＝α×t，其中，α为系数，α＝0.8～1.2。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(2)中，对上铝板、下铝板和铝丝进行表面处理的方法为先采用激光清洗方式对上铝板、下铝板和铝丝的表面进行处理，再采用化学清洗方式对上铝板、下铝板和铝丝的表面进行处理。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行抽真空，真空度为10-2～10-1Pa。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行通氩气，通氩气压力为105Pa。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行抽真空和通氩气，需反复进行3～5次。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(4)中，所述目标温度为525℃±25℃。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(5)中，对上铝板和下铝板施加压力为P，铝丝直径为d，铝丝的长度为l，存在关系为：P＝β×d×l，β＝2～20，P单位是N，β单位是MPa，d和l单位是mm。
上述实现铝合金板材局部扩散连接的方法中，在所述步骤(5)中，将上铝板和下铝板之间的铝丝压扁变形，并保持一定时间T，保持一定时间T与步骤(4)中的将上铝板和下铝板形成的口袋加热至目标温度C存在关系为T＝γ/C，其中，T单位是min，C单位是℃，γ单位是min·℃，γ＝31500～94500。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明与其他铝合金扩散连接方法相比，工艺方法简单，工艺流程短，简便易行；
(2)本发明通过施加压力使铝丝和上铝板与下铝板发生塑性变形，将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，铝合金板材局部扩散连接焊合率高；
(3)本发明对铝合金板材表面处理的并不严格，因此，对真空设备及操作流程控制较为容易，所需原料均为常见材料，进而使整个工艺成本较低；
(4)本发明特别适合用于铝合金多层结构成形前的局部扩散连接，能够制备较为复杂的铝合金局部扩散连接形式；
(5)本发明铝合金板材局部扩散连接为无中间层铝合金本体材料的冶金结合，扩散连接区域抗剪切能力较高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为铝合金板材局部扩散连接前示意图；
图1-1为上铝板和下铝板通过焊接材料焊接形成一个的口袋的示意图；
图2为铝合金板材局部扩散连接后示意图；
图3(a)为铝合金板材局部扩散连接的一个效果图；
图3(b)为铝合金板材局部扩散连接的另一效果图；
图3(c)为铝合金板材局部扩散连接的又一效果图；
图3(d)为铝合金板材局部扩散连接的又一效果图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例提供了一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法，该方法包括如下步骤：根据上铝板和下铝板厚度选取铝丝直径；对上铝板和下铝板和铝丝进行表面处理；将铝丝放置于上铝板和下铝板之间，将上铝板和下铝板通过焊接形成一个口袋，口袋一侧留一开口，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋进行抽真空和通氩气；将上铝板和下铝板形成的口袋加热至目标温度；对上铝板和下铝板施加压力，将上铝板和下铝板之间的铝丝压变形，并保持一定时间，通过铝丝实现铝合金板材局部扩散连接。本实施例通过施加压力使铝丝和上铝板与下铝板发生塑性变形，将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，工艺方法简单，铝合金板材局部扩散连接焊合率高。
本发明与其他铝合金扩散连接方法相比，工艺方法简单，工艺流程短，简便易行；通过施加压力使铝丝和上铝板与下铝板发生塑性变形，将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，铝合金板材局部扩散连接焊合率高；对铝合金板材表面处理的并不严格，因此，对真空设备及操作流程控制较为容易，所需原料均为常见材料，进而使整个工艺成本较低；特别适合用于铝合金多层结构成形前的局部扩散连接，能够制备较为复杂的铝合金局部扩散连接形式；铝合金板材局部扩散连接为无中间层铝合金本体材料的冶金结合，扩散连接区域抗剪切能力较高。
本发明所述的铝合金板材局部扩散连接结构，主要是由上铝板、铝丝、下铝板组成，铝丝放置于上铝板和下铝板之间，将上铝板和下铝板通过焊接形成一个口袋6，口袋6一侧留一开口，通过开口对上铝板和下铝板形成的口袋6进行抽真空和通氩气，将上铝板和下铝板形成的口袋6加热至目标温度，对上铝板和下铝板施加压力，将上铝板和下铝板之间的铝丝压变形，并保持一定时间，得到铝合金板材局部扩散连接结构。
以某铝合金板材局部扩散连接结构作为优选方案，其形状尺寸见图1和图1-1，零件材料为5083铝合金，上铝板和下铝板厚度均为2mm，铝丝直径2mm，铝丝长度100mm。
具体的优选方案按如下工艺步骤进行：
第一步，根据上铝板4和下铝板1厚度t选取铝丝3直径d；上铝板4和下铝板1厚度t＝2mm，铝,3直径d＝2mm，符合关系式d＝α×t，α＝1，α＝0.8～1.2。
第二步，对上铝板4和下铝板1和铝丝3进行表面处理；对上铝板4和下铝板1和铝丝3进行表面处理的方法为先采用激光清洗方式对上铝板4和下铝板1和铝丝3表面处理，再采用化学清洗方式对上铝板4和下铝板1和铝丝3表面处理。
第三步，将铝丝3放置于上铝板4和下铝板1之间，将上铝板4和下铝板1通过焊接材料2焊接形成一个口袋6，如图1所示，口袋6一侧留一开口5，通过开口5对上铝板4和下铝板1形成的口袋6进行抽真空和通氩气，反复进行3次；通过开口5对上铝板4和下铝板1形成的口袋6进行抽真空，真空度为10-1Pa。通过开口5对上铝板4和下铝板1形成的口袋6进行通氩气，通氩气压力为105Pa。
第四步，将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度；将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度C为525℃。
第五步，对上铝板4和下铝板1施加压力，将上铝板4和下铝板1之间的铝丝3压扁变形，并保持一定时间，通过铝丝3实现铝合金板材局部扩散连接，如图2所示。对上铝板4和下铝板1施加压力P与铝丝3直径d和铝丝3长度l存在关系：P＝β×d×l，取β＝5，d＝2，l＝100，P＝β×d×l＝5×2×l00＝1000N。保持一定时间T与第四步所述的将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度C存在关系是，T＝γ/C，取γ＝31500，C＝525，T＝γ/C＝31500/525＝60min。铝合金板材局部扩散连接金相效果如图3(a)所示。
采用此方法制备的铝合金板材局部扩散连接结构焊合率可以达到90％以上，比现有技术成本节约30％，效率提高20％，结构强度提高10％，特别适合用于铝合金多层结构成形前的局部扩散连接，能够制备较为复杂的铝合金局部扩散连接形式。
本发明还有一种优选方案，在步骤四中，将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度；将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度C为550℃，可提高铝合金板材局部扩散连接焊合率，铝合金板材局部扩散连接金相效果如图3(b)所示。
本发明还有一种优选方案，在步骤五中，对上铝板4和下铝板1施加压力，将上铝板4和下铝板1之间的铝丝3压扁变形，并保持一定时间，通过铝丝3实现铝合金板材局部扩散连接，如图2所示。对上铝板4和下铝板1施加压力P与铝丝3直径d和铝丝3长度l存在关系：P＝β×d×l，取β＝10，d＝2，l＝100，P＝β×d×l＝10×2×l00＝2000N。保持一定时间T与第四步所述的将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度C存在关系是，T＝γ/C，取γ＝31500，C＝525，T＝γ/C＝31500/525＝60min，可提高铝合金板材局部扩散连接焊合率，铝合金板材局部扩散连接金相效果如图3(c)所示。
本发明还有一种优选方案，在步骤五中，对上铝板4和下铝板1施加压力，将上铝板4和下铝板1之间的铝丝3压扁变形，并保持一定时间，通过铝丝3实现铝合金板材局部扩散连接，如图2所示。对上铝板4和下铝板1施加压力P与铝丝3直径d和铝丝3长度l存在关系：P＝β×d×l，取β＝5，d＝2，l＝100，P＝β×d×l＝5×2×l00＝1000N。保持一定时间T与第四步所述的将上铝板4和下铝板1形成的口袋6加热至目标温度C存在关系是，T＝γ/C，取γ＝94500，C＝525，T＝γ/C＝94500/525＝180min，可提高铝合金板材局部扩散连接焊合率，铝合金板材局部扩散连接金相效果如图3(d)所示。
本实施例与其他铝合金扩散连接方法相比，工艺方法简单，工艺流程短，简便易行；本实施例通过施加压力使铝丝和上铝板与下铝板发生塑性变形，将铝合金表面氧化层破碎，实现铝合金板材局部扩散连接，铝合金板材局部扩散连接焊合率高；本实施例对铝合金板材表面处理的并不严格，因此，对真空设备及操作流程控制较为容易，所需原料均为常见材料，进而使整个工艺成本较低；本实施例特别适合用于铝合金多层结构成形前的局部扩散连接，能够制备较为复杂的铝合金局部扩散连接形式；本实施例铝合金板材局部扩散连接为无中间层铝合金本体材料的冶金结合，扩散连接区域抗剪切能力较高。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种实现铝合金板材局部扩散连接的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)根据上铝板(4)的厚度和下铝板(1)的厚度选取一定直径的铝丝(3)；
(2)对上铝板(4)、下铝板(1)和铝丝(3)进行表面处理；
(3)将铝丝(3)放置于上铝板(4)和下铝板(1)之间，将上铝板(4)和下铝板(1)通过焊接形成一个口袋(6)，口袋(6)一侧留一开口(5)，通过开口对上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)进行抽真空后并通氩气；
(4)将上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)加热至目标温度；
(5)对上铝板(4)和下铝板(1)施加压力，将上铝板(4)和下铝板(1)之间的铝丝(3)压扁变形，并保持一定时间，通过铝丝(3)实现铝合金板材局部扩散连接；
在所述步骤(1)中，所述上铝板(4)的厚度和所述下铝板(1)的厚度均为t，铝丝(3)的直径为d，存在关系为：d＝α×t，其中，α为系数，α＝0.8～1.2；
在所述步骤(2)中，对上铝板(4)、下铝板(1)和铝丝(3)进行表面处理的方法为先采用激光清洗方式对上铝板(4)、下铝板(1)和铝丝(3)的表面进行处理，再采用化学清洗方式对上铝板(4)、下铝板(1)和铝丝(3)的表面进行处理；
在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)进行抽真空，真空度为10-2～10-1Pa；
在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)进行通氩气，通氩气压力为105Pa；
在所述步骤(3)中，通过开口对上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)进行抽真空和通氩气，需反复进行3～5次；
在所述步骤(4)中，所述目标温度为525℃±25℃；
在所述步骤(5)中，对上铝板(4)和下铝板(1)施加压力为P，铝丝(3)直径为d，铝丝(3)的长度为l，存在关系为：P＝β×d×l，β＝2～20，P单位是N，β单位是MPa，d和l单位是mm；
在所述步骤(5)中，将上铝板(4)和下铝板(1)之间的铝丝(3)压扁变形，并保持一定时间T，保持一定时间T与步骤(4)中的将上铝板(4)和下铝板(1)形成的口袋(6)加热至目标温度C存在关系为T＝γ/C，其中，T单位是min，C单位是℃，γ单位是min·℃，γ＝31500～94500。
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