CN110216364A - 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法 - Google Patents

一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110216364A
CN110216364A CN201910572889.3A CN201910572889A CN110216364A CN 110216364 A CN110216364 A CN 110216364A CN 201910572889 A CN201910572889 A CN 201910572889A CN 110216364 A CN110216364 A CN 110216364A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconium
plate
steel
ultrasonic
manufacturing process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910572889.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110216364B (zh
Inventor
周延源
陈怀浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANJING YOUTIAN METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
NANJING YOUTIAN METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANJING YOUTIAN METAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical NANJING YOUTIAN METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201910572889.3A priority Critical patent/CN110216364B/zh
Publication of CN110216364A publication Critical patent/CN110216364A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110216364B publication Critical patent/CN110216364B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，包括如下步骤：1)对锆板和钢板的焊接面进行表面清洁处理，2)锆板在上，钢板在下堆叠构成单元体，3)将单元体置于超声波固结成形工作台上，预热升温，4)利用超声波固结成形设备按一定的路径进行焊接,直至锆钢复合成形。本发明属于低温制造，锆钢以物理冶金方式结合，扩散层薄，生产成本低，效率高。

Description

一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法。
技术背景
锆是一种稀有金属，具有易加工、耐蚀性好和热中子吸收截面低等优点，特别是锆的耐蚀性能优于不锈钢、钛、镍合金等而越来越多应用于石油、化工等行业，但是往往受到锆价格的限制。锆钢复合板可取代纯锆用于制造压力容器，不仅降低制造成本，而且极大节约了锆资源。所以锆与钢的复合在工程中是一项重要技术，但目前还没有找到一种令人十分满意的方法。锆合金与钢的复合存在一定困难，这主要存在两个方面原因：一是脆性金属间化合物的形成，使得接头的机械强度和耐腐蚀性降低；二是两种材料的热膨胀系数相差极大，连接后会造成很大的内应力。目前在国内主要是利用爆炸焊的手段制备锆钢复合板，而国外则更多利用扩散焊接这一技术来研究锆与钢的复合。爆炸焊的工艺极为复杂，操作困难，且十分危险，很难控制结合层的厚度以及成分；而扩散连接的温度高于850℃，扩散区域会出现多种硬度极高的金属间化合物。
近年来，在金属超声波固结(UltrasonicConsolidation，UC)成形技术基础上发展起来的超声波增材制造(UltrasonicAdditiveManufacturing，UAM)技术引起了国内外的普遍关注。UAM技术采用大功率超声能量，利用金属层与层振动摩擦产生的热量，使材料局部发生剧烈塑性变形，从而达到原子间的物理冶金结合，是实现同种或异种金属材料间固态连接的一种特殊方法。在金属超声波固结成形过程中既不需向工件输送电流，也不用向工件施以高温热源，只需在静压力作用之下，将弹性振动能量转换为工件界面间的摩擦功、形变能及有限的温升，使固结区域的金属原子瞬间被激活，通过金属塑性变形过程中界面处的原子相互扩散渗透，实现金属间的固态连接。金属超声波焊接类似于摩擦焊，但其焊接时间很短，局部焊接区温度低于金属的再结晶温度，并且与压力焊相比，其所需施加的静压力小得多。该技术具有以下优点：
(1)超声波固结过程是固态连接成形，温度低，一般是金属熔点的25％～50％，因此材料内部的残余内应力低，结构稳定性好，成形后无须进行去应力退火。
(2)节省能源，所消耗的能量只有传统成形工艺的5％左右；不产生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染，因而是一种节能环保的快速成形与制造方法。
(3)该技术不仅可用于金属基复合材料和结构、金属泡沫和金属蜂窝夹芯结构面板的快速铺设成形和制造，还可以通过把功能元器件植入其中，制备出智能结构和零部件。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种便于操作，成本较低，无污染的锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法。
技术方案：本发明公开了一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，包括如下步骤：
(1)对锆板和钢板的焊接面进行表面清洁处理；
(2)按照锆板在上，钢板在下的顺序堆叠构成单元体；
(3)将所述单元体置于超声波固结成形工作台上，预热升温；
(4)利用超声波固结成形设备按一定的路径进行焊接,直至锆钢复合成形。具体的，上述钢板为单层结构，锆板为单层或多层结构。
当锆板采用多层结构时，锆板采用逐层固结的方法，先在钢板上固结第一层锆板，然后在第一层锆板上固结第二层锆板、第三层锆板.....依次逐层固结。
作为优选的，根据不同的强度要求,步骤(2)在将锆板堆叠在钢板上之前，在钢板上加入金属箔材作为中间层，加所述入中间层后，先在钢板上固结中间层，然后再在中间层堆叠锆板。中间层金属箔材材料是纯铝、纯铜或者纯镍。
具体的，步骤(3)中单元体预热温度为50～250℃。步骤(4)中超声波焊接时固结压力为1200～2500N，超声波振幅为10～40μm，固结速度为20～80mm/s。
具体的，步骤(4)超声波焊头每次均沿同一方向从板材的一端直线行进至另一端，使得焊缝平齐。
有益效果：本发明公开的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，相较于现有技术优点如下：
(1)本发明采用超声波固结制造技术，克服了利用爆炸复合与扩散连接制备锆钢层状复合材料高成本、工艺难度高的不足，操作简单，成材率高；
(2)本发明可以很方便的通过改变起始钢板厚度及锆板的层数来制造不同规格的锆钢层状复合材料；
(3)本发明通过加入中间层金属箔材材料增加了复合材料的结合强度。
附图说明
图1为本发明锆钢层状复合材料的超声波固结成形图。
具体实施方式
一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，包括如下步骤：
(1)对锆板(3)、中间层金属箔材和钢板(1)的焊接面进行表面清洁处理；
(2)将中间层金属箔材堆叠于钢板(1)焊接面上，并将堆叠有中间层金属箔材的钢板置于超声波固结成形工作台上，中间层金属箔材朝上；预热升温，预热温度为50～250℃；
(3)利用超声波固结成形设备(2)沿同一方向从板材的一端直线行进至另一端进行焊接，使得焊缝平齐,超声波焊接时固结压力为1200～2500N，超声波振幅为10～40μm，固结速度为20～80mm/s；直至将中间层金属箔材固结于钢板上；
(4)将锆板(3)堆叠在固结有中间层金属箔材的钢板(1)上，构成单元体；
(5)将单元体置于超声波固结成形工作台上，预热升温，预热温度为50～250℃；
(6)利用超声波固结成形设备(2)按沿同一方向从板材的一端直线行进至另一端进行焊接，使得焊缝平齐，,超声波焊接时固结压力为1200～2500N，超声波振幅为10～40μm，固结速度为20～80mm/s，直至锆钢复合成形。
当锆板为多层结构时，锆板(3)采用逐层固结的方法，先在钢板(1)上固结第一层锆板(3)，然后在第一层锆板上固结第二层锆板、第三层锆板......依次逐层固结，重复上述步骤(3)～(6)。
超声波固结成形设备(2)焊头直线行进之后会使所经过之处锆板和钢板局部发生剧烈的塑性变形，结合形成锆钢复合板。
上述中间层金属箔材材料为纯铝、纯铜或者纯镍,加入中间层可使得材料之间结合性能更好，材料强度更高。

Claims (9)

1.一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对锆板和钢板的焊接面进行表面清洁处理；
(2)按照锆板在上，钢板在下的顺序堆叠构成单元体；
(3)将所述单元体置于超声波固结成形工作台上，预热升温；
(4)利用超声波固结成形设备进行焊接,直至锆钢复合成形。
2.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述钢板为单层结构。
3.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述锆板为多层结构。
4.根据权利要求3所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述锆板采用逐层固结的方法，先在钢板上固结第一层锆板，然后在第一层锆板上固结第二层锆板，依次逐层固结。
5.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述步骤(2)在将锆板堆叠在钢板上之前，在钢板上加入金属箔材作为中间层，加所述入中间层后，先在钢板上固结中间层，然后再在中间层堆叠锆板。
6.权利要求5所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述中间层金属箔材是纯铝、纯铜或者纯镍。
7.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中单元体预热温度为50～250℃。
8.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中超声波焊接时固结压力为1200～2500N，超声波振幅为10～40μm，固结速度为20～80mm/s。
9.根据权利要求1所述的一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法，其特征在于：所述步骤(4)超声波焊头每次均沿同一方向从板材的一端直线行进至另一端，使得焊缝平齐。
CN201910572889.3A 2019-06-28 2019-06-28 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法 Active CN110216364B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572889.3A CN110216364B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572889.3A CN110216364B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110216364A true CN110216364A (zh) 2019-09-10
CN110216364B CN110216364B (zh) 2021-11-12

Family

ID=67815353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910572889.3A Active CN110216364B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110216364B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110744184A (zh) * 2019-12-09 2020-02-04 山东大学 一种利用超声波增材与热等静压制备微叠层复合材料的方法及其应用
CN111014934A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 哈尔滨工程大学 一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法
CN114871559A (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 江苏科技大学 一种增材制造不锈钢与锆合金的过渡液相扩散连接方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0255682A (ja) * 1988-08-23 1990-02-26 Nkk Corp 異材継手
CN106476395A (zh) * 2016-09-13 2017-03-08 哈尔滨工程大学 一种钛铜层状电极复合材料的快速制备方法
CN108724894A (zh) * 2017-05-15 2018-11-02 哈尔滨工程大学 一种利用铜做中间层制备锆钢复合板的方法
CN108724893A (zh) * 2017-05-15 2018-11-02 哈尔滨工程大学 一种锆钢复合板的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0255682A (ja) * 1988-08-23 1990-02-26 Nkk Corp 異材継手
CN106476395A (zh) * 2016-09-13 2017-03-08 哈尔滨工程大学 一种钛铜层状电极复合材料的快速制备方法
CN108724894A (zh) * 2017-05-15 2018-11-02 哈尔滨工程大学 一种利用铜做中间层制备锆钢复合板的方法
CN108724893A (zh) * 2017-05-15 2018-11-02 哈尔滨工程大学 一种锆钢复合板的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YU V RYBAKOV等: "Properties of spot welded joints in zirconium with a corrosion-resisting steel and refractory metals produced by ultrasonic welding", 《WELDING INTERNATIONAL》 *
杨继全 等: "《异质材料3D打印技术》", 31 March 2019, 华中科技大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110744184A (zh) * 2019-12-09 2020-02-04 山东大学 一种利用超声波增材与热等静压制备微叠层复合材料的方法及其应用
CN111014934A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 哈尔滨工程大学 一种高能脉冲电流辅助超声波固结制备金属层状复合材料的方法
CN114871559A (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 江苏科技大学 一种增材制造不锈钢与锆合金的过渡液相扩散连接方法
CN114871559B (zh) * 2022-05-24 2024-04-19 江苏科技大学 一种增材制造不锈钢与锆合金的过渡液相扩散连接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110216364B (zh) 2021-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110216364A (zh) 一种锆钢层状复合材料的超声波固结成形方法
CN102672328B (zh) 应用高熵效应焊接钛与钢的方法及焊接材料
CN101362253B (zh) TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊连接方法
CN102676904B (zh) 应用于高熵效应焊接TA2/0Cr18Ni9Ti的材料及方法
CN101972877B (zh) TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法
CN105798440A (zh) 一种纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材焊接方法
JP2007075895A (ja) 爆発溶接で形成される中間片を備えた材料複合体
US9527571B2 (en) Superplastically formed ultrasonically welded metallic structure
CN101707295B (zh) 铜铝爆炸复合电力t型铜铝过渡联接线夹及爆炸焊接方法
CN106476358B (zh) 基于超声波固结成形辅助复合材料Ti/Al3Ti的快速制备方法
CN107225249A (zh) 一种基于钨表面梯度合金化的钨/钢扩散连接方法
CN109465309A (zh) 一种钛钢复合板的生产方法
CN101391263A (zh) 一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法
CN100581704C (zh) 超级镍/NiCr叠层复合材料的填丝钨极氩弧焊工艺
CN101912969B (zh) 复合填充层的制备方法及其电子束焊接钛金属材料与不锈钢的方法
CN114147338A (zh) 一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法
CN201626154U (zh) 钛-钢-不锈钢双面复合钢板
CN108724894A (zh) 一种利用铜做中间层制备锆钢复合板的方法
CN105478991B (zh) 一种含内嵌流道的聚变堆包层耐热部件制备方法
CN109570745B (zh) 一种超声波辅助自蔓延连接金属与非金属的方法
CN107150475A (zh) 无机复合材料与镍基高温合金材料间碳纳米管增韧连接层及方法
CN116653377A (zh) 铝合金/铝/钛/镍/不锈钢复合金属板及其制备方法
CN116275109A (zh) 一种利用3d打印技术制造低温管道过渡接头的方法
CN102672331B (zh) 电阻焊制备ta2/q235复合板的方法及焊接材料
CN108453510A (zh) 一种复合板的低成本高效组坯生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant