CN110587112A - 一种金属板之间的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接领域，涉及同种金属板材或异种金属板材间的焊接工艺；具体涉及一种金属板之间的焊接方法，将第一金属板与第二金属板进行重叠搭接或者对接后，在搭接或对接处放置适量亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末，进行焊接，触发金属混合粉末的自蔓延反应，在自蔓延反应放出的热量辅助下将第一金属板和第二金属板焊接在一起。本发明金属板之间的焊接方法，利用焊接时产生的大量热量，触发亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末进行自发反应，在自反应释放的瞬间热量作用下使得第一金属板与第二金属板粘结在一起。此发明特别适用于高熔点金属板材之间的焊接，能够解决高熔点合金热输入不足等焊接缺陷。

Description

一种金属板之间的焊接方法
技术领域
本发明属于焊接领域，涉及同种金属板材或异种金属板材间的焊接工艺；具体涉及一种金属板之间的焊接方法。
背景技术
随着汽车轻量化的不断发展，人们对轻质材料的关注度不断提高。镁合金、铝合金在具有良好的耐腐蚀性能的同时，具有比强度高等特点，在轻质车身材料应用上具有显著的应用前景。当前，已有不少人开展了铝钢、镁铝、镁钢连接问题的研究，然而接头强度普遍不高，难以应用到工业实际。关于以上几种异种金属间的连接研究，主要集中在熔焊、钎焊、压力焊、激光焊和搅拌摩擦焊等方法，探索新的焊接工艺对镁铝异种合金的连接具有一定现实意义。拿铝钢激光搭接焊接来说，当把铝板置于上层、钢板置于下层时，下层的钢板受到的热输入较少，金属流动较差，影响焊接接头性能。
对于高熔点合金的搅拌摩擦焊接，需要采用特制的搅拌头，或者使用一些辅助装置保证焊接时热量的输入，有人进行了超声波辅助、电弧加热辅助等实验研究，接头性能有一定提高。但此方法对设备的依赖程度较高，实验较为麻烦。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属板之间的焊接方法，特别适用于焊接热输入不足、焊接母材熔点较高的异种或同种材料的焊接。
本发明实现目的所采用的方案是：一种金属板之间的焊接方法，将第一金属板与第二金属板进行重叠搭接或者对接后，在搭接或对接处放置一定量的亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末，进行焊接，触发金属混合粉末的自蔓延反应，在自蔓延反应放出的热量辅助下将第一金属板和第二金属板焊接在一起。
优选地，所述第一金属板和第二金属板可为相同材质也可为不同材质。
优选地，所述自蔓延反应金属混合粉末的用量为0.001-0.05g/mm2。
优选地，所述自蔓延反应金属混合粉末为镍-铝混合粉末，镍铝的粉料比为27-30:59。
优选地，将镍粉和铝粉的混合物按照球料比为10:1，在惰性气体保护、350-450rpm球磨转速下球磨35-45h，获得所述亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末。
优选地，所述焊接的方式为搅拌摩擦焊或激光焊接。
优选地，当焊接方式为搅拌摩擦焊时，焊接工艺为：旋转速度700-1500rpm，进给速度5-50mm/min。
具体的，对接焊时，焊接工艺为旋转速度700-1000rpm，进给速度5-30mm/min，搭接焊时，焊接工艺为旋转速度700-1500rpm，进给速度30-50mm/min。
具体的，本发明的目的是提供一种应用于同种或异种金属间的焊接方法，其步骤包括：
第1步：通过查看相关文献，进行热力学计算，选取能够发生自蔓延反应的元素，进行粉末球磨，降低原子表面的活化能；
第2步：调整合适的球磨转速、球磨时间、球料比等工艺，获得处于亚稳定状态的金属混合粉末；
第3步：在两块金属板材接触部位以喷涂或涂抹等方式添加适量金属混合粉末；
第4步：采用搅拌摩擦焊或激光焊等焊接方式，触发混合粉末的自蔓延反应，在自蔓延反应放出的热量辅助下将两块板块进行焊接。
一种金属板材之间的焊接方法，包括第一金属板、第二金属板，所述的第一金属板与第二金属板可以为各种型号的材料，将所述的第一金属板置于上层，第二金属板置于下层，进行搭接。在重叠处第二金属板上方与第一金属板搭接处放置适量的亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末，然后在重叠处的第一金属板上采用搅拌摩擦焊进行点焊，搅拌摩擦焊时搅拌头穿透所述的第一金属板，搅拌摩擦焊产生的热量触发亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末发生反应产生大量的热，使得在没有继续通过搅拌摩擦焊点焊加热的条件下自反应产生的热量使混合粉末的自蔓延继续传递下去，不断放热，在这种热的作用下使第一金属板第二金属板连结在一起。
或者，一种金属板之间的焊接方法，包括第一金属板与第二金属板，所述的第一金属板与第二金属板可以为各种型号的材料，将所述的第一金属板与第二金属板进行端面打磨、对接，将亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末置于对接面，然后采用搅拌摩擦焊在对接位置处进行焊接，利用搅拌摩擦焊产生的热量触发亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末放热，自反应产生的热量使混合粉末自蔓延继续下去，在这种热的作用下使第一金属板与第二金属板连结在一起。
本发明利用机械合金化制备一种处于亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末，在焊接时将其涂抹或者喷涂于两块金属板的搭接或者拼接处，在焊接时，在自蔓延反应放出的热量辅助下使两块金属板材的连接强度提高到能够满足工业要求的标准。
本发明具有以下优点和有益效果：本发明金属板之间的焊接方法，利用焊接时产生的大量热量，触发亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末进行自发反应，在自反应释放的瞬间热量作用下使得第一金属板与第二金属板粘结在一起。此发明特别适用于高熔点金属板材之间的焊接，能够解决高熔点合金热输入不足等焊接缺陷。如：铝/钢搅拌摩擦焊接、镁/钢搅拌摩擦焊接。对于镁铝搅拌摩擦对接焊，对采用本发明的方法进行焊接后的焊接接头进行力学性能测试，发现接头抗拉强度由未添加亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末时的90MPa提高到110MPa。
附图说明
图1为本发明实施案例中搅拌摩擦焊示意图；
图2为本发明实施案例2中使用该发明方法获得的焊接接头表面形貌；
图3为本发明实施案例2中球磨不同时间XRD检测结果图；
图4为本发明实施案例2中球磨40h后混合粉末扫描电镜图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
选择纯度为99.5％以上、粒度为100-200目的镍粉，纯度为99％以上、粒度为100-200目的铝粉，控制镍铝的粉料比为30:59，混合粉末总量为20g。
采用QM32型行星式球磨进行球磨，不锈钢球做研磨介质，球料比为10:1，为防止球磨过程中粉末被氧化，将球磨罐抽真空并通入氩气保护。球磨转速350-450rpm，球磨时间为35-45h，获得处于亚稳定状态的镍-铝混合粉末。
采用搅拌摩擦焊搭接焊，确定焊接工艺为：旋转速度700-1500rpm，进给速度50mm/min，下压力控制为4KN-6KN，搅拌针长略小于上层金属板0.2mm左右即可，控制焊接下压量为0.2mm。
将第一金属镁板置于上层，第二金属镁板置于下层，进行搭接。在重叠处第二金属镁板上方与第一金属镁板搭接处放置适量的亚稳定状态的镍-铝混合粉末，然后在重叠处的第一金属镁板上采用搅拌摩擦焊进行点焊，搅拌摩擦焊时搅拌头穿透所述的第一金属镁板，搅拌摩擦焊产生的热量触发亚稳定状态的镍-铝混合粉末发生反应产生大量的热，使得在没有继续通过搅拌摩擦焊点焊加热的条件下自反应产生的热量使混合粉末的自蔓延继续传递下去，不断放热，在这种热的作用下使第一金属镁板第二金属镁板连结在一起。
实施例2
选择纯度为99.5％以上、粒度为100-200目的镍粉，纯度为99％以上、粒度为100-200目的铝粉，控制镍铝的粉料比为27:59。
采用QM32型行星式球磨进行球磨，不锈钢球做研磨介质，球料比为10:1，为防止球磨过程中粉末被氧化，将球磨罐抽真空并通入氩气保护。球磨转速350-450rpm,球磨时间为35-45h，获得处于亚稳定状态的镍-铝混合粉末。
图3为本发明实施案例2中球磨不同时间XRD检测结果图；由图中可以看出，球磨35-45h后混合粉未发生反应，而在继续球磨到60h时混合混合粉末已反应生成AlNi相。因此，球磨35-45h后的混合粉末已经处在亚稳定状态。
图4为本发明实施案例2中球磨40h后混合粉末扫描电镜图，由图中可以看出，球磨40h后的混合粉末已经充分细化，大部分粉末粒径大概为5-10μm，颗粒直径远低于原始粉末粒径(75-150μm)。同时，个别粉末颗粒发生团聚。结果表明，球磨40h后的粉末颗粒表面能较大，颗粒不稳定，性质比较活泼。
第一金属板为300mm×75mm×3mm的AZ31B镁合金，第二金属板为300mm×75mm×3mm的5052铝合金，采用搅拌摩擦焊对接焊。
将上述亚稳定状态的镍-铝混合粉末选取适量均匀涂抹于镁合金板和铝和金板的对接面，涂抹面积120mmx3mm。
确定焊接工艺为：旋转速度700-1000rpm，进给速度5-30mm/min。
对添加亚稳定状态的镍-铝混合粉末前后的镁/铝搅拌摩擦焊焊接接头进行力学性能测试，发现接头抗拉强度由未添加时的90MPa提高到110MPa。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种金属板之间的焊接方法，其特征在于：将第一金属板与第二金属板进行重叠搭接或者对接后，在搭接或对接处放置一定量的亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末，进行焊接，触发金属混合粉末的自蔓延反应，在自蔓延反应放出的热量辅助下将第一金属板和第二金属板焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：所述第一金属板和第二金属板可为相同材质也可为不同材质。
3.根据权利要求1所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：所述自蔓延反应金属混合粉末的用量为0.001-0.05g/mm2。
4.根据权利要求1所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：所述自蔓延反应金属混合粉末为镍-铝混合粉末，镍铝的粉料比为27-30:59。
5.根据权利要求1所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：将镍粉和铝粉的混合物按照球料比为10:1，在惰性气体保护、350-450rpm球磨转速下球磨35-45h，获得所述亚稳定状态的自蔓延反应金属混合粉末。
6.根据权利要求1所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：所述焊接的方式为搅拌摩擦焊或激光焊接。
7.根据权利要求6所述的金属板之间的焊接方法，其特征在于：当焊接方式为搅拌摩擦焊时，焊接工艺为：旋转速度700-1500rpm，进给速度5-50mm/min。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238293A (zh) * 2020-07-20 2021-01-19 江西理工大学 一种基于自蔓延反应的避免厚板搅拌摩擦焊接底部缺陷的方法
CN112917001A (zh) * 2021-02-02 2021-06-08 西安交通大学 一种利用搅拌摩擦诱发铝热反应的方法
CN114433842A (zh) * 2022-03-03 2022-05-06 宁波江丰热等静压技术有限公司 一种热等静压用包套
ES2914344A1 (es) * 2020-12-08 2022-06-09 Univ Vigo Metodo para la soldadura de materiales metalicos disimilares mediante laser
CN114433842B (zh) * 2022-03-03 2024-05-28 宁波江丰热等静压技术有限公司 一种热等静压用包套

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305630C (zh) * 2003-08-29 2007-03-21 波音公司 用于接头的方法和密封剂
CN102689096A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 哈尔滨工业大学 一种激光诱导自蔓延连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法
CN103586582A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 哈尔滨工业大学 一种激光引燃自蔓延反应辅助钎焊连接Cf/Al复合材料与TiAl的方法
CN105945419A (zh) * 2016-06-24 2016-09-21 哈尔滨万洲焊接技术有限公司 摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法
CN108406147A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 武汉理工大学 一种碳纤维复合材料与金属的连接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305630C (zh) * 2003-08-29 2007-03-21 波音公司 用于接头的方法和密封剂
CN102689096A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 哈尔滨工业大学 一种激光诱导自蔓延连接碳纤维增强铝基复合材料与金属的方法
CN103586582A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 哈尔滨工业大学 一种激光引燃自蔓延反应辅助钎焊连接Cf/Al复合材料与TiAl的方法
CN105945419A (zh) * 2016-06-24 2016-09-21 哈尔滨万洲焊接技术有限公司 摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法
CN108406147A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 武汉理工大学 一种碳纤维复合材料与金属的连接方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238293A (zh) * 2020-07-20 2021-01-19 江西理工大学 一种基于自蔓延反应的避免厚板搅拌摩擦焊接底部缺陷的方法
ES2914344A1 (es) * 2020-12-08 2022-06-09 Univ Vigo Metodo para la soldadura de materiales metalicos disimilares mediante laser
CN112917001A (zh) * 2021-02-02 2021-06-08 西安交通大学 一种利用搅拌摩擦诱发铝热反应的方法
CN114433842A (zh) * 2022-03-03 2022-05-06 宁波江丰热等静压技术有限公司 一种热等静压用包套
CN114433842B (zh) * 2022-03-03 2024-05-28 宁波江丰热等静压技术有限公司 一种热等静压用包套

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