CN110666382B - 金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属层状复合板焊接技术领域，具体是一种金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺，解决背景技术中金属层状复合板焊接步骤增多、工艺繁琐的技术问题。本发明包括金属层状复合板焊接方法，以及用于制备所述金属层状复合板焊接方法需要用到的焊接接头的装置及工艺。通过本发明所述焊接方法，将现有技术中多层金属连接的问题转化为单种金属连接问题，不需要增加过渡层，简化了复合板的焊接步骤，焊接工艺简单，缩短时耗，有效降低了生产成本。通过本发明所述装置制备的焊接接头结构紧实，力学性能好，成型质量高；本发明所述制备焊接接头的工艺步骤简单，制备焊接接头流程快，可作为复合板制备流程的后续，工艺应用效率高。

Description

金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺

技术领域

本发明属于金属层状复合板焊接技术领域，具体是一种金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺。

背景技术

金属层状复合板是利用一定的连接技术将两种或以上的具有不同物理性质的金属板材复合在一起的新型材料。通过有效的设计，可以使各板材兼具彼此优势以满足工业使用需求。尤其是经复合的轻质金属具备高强、耐磨、耐腐蚀的特点，已经广泛应用于航空、航天、汽车以及化工领域。由于多层金属复合，在使用过程中金属层状复合板相互焊接时多采用增加过渡层的方法，需要对坡口进行设计，使焊接步骤增多，工艺繁琐，在金属层状复合板焊接工作上耗时长，无形中增加了生产成本。

发明内容

本发明旨在解决背景技术中金属层状复合板焊接步骤增多，工艺繁琐的技术问题。为此，本发明提出一种金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种金属层状复合板焊接方法，步骤是将待焊接的两块金属层状复合板端部包覆单种金属并形成焊接接头，通过焊接两块焊接接头将两块金属层状复合板相焊接。

通过本发明所述焊接方法，将现有技术中多层金属连接的问题转化为单种金属连接问题，不需要增加过渡层，简化了复合板的焊接步骤，焊接工艺简单，缩短时耗，有效降低了生产成本。

本发明的技术方案中还提供了一种制备焊接接头的装置，包括半固态浆料制备箱和压制模具，所述半固态浆料制备箱包括常压容纳腔体和用于感应加热的第一通水铜管，所述常压容纳腔体包括焊料入口和通过阀门控制的焊料出口；所述第一通水铜管均匀铺设于所述常压容纳腔体的外表面；所述压制模具包括固定基座和位于固定基座上方的上压模，所述固定基座的上端右边上开设有缺口槽，所述缺口槽右侧边缘上固定有下浆料挡板；所述上压模包括浮动基座、上浆料挡块和型腔压板，所述浮动基座的下端面设有凹槽，所述上浆料挡块的上端部伸入所述凹槽内部且通过至少两个氮气弹簧与凹槽底部相连接，所述上浆料挡块与所述凹槽活动配合，所述上浆料挡块与下浆料挡板对齐设置，位于上浆料挡块左侧的浮动基座侧壁下端连接有型腔压板，所述固定基座和浮动基座的前后两侧均延伸有连接耳，二个连接耳通过弹簧和弹簧柱相连接，弹簧在受上压模自身压力的情况下其弹力保证上浆料挡块与下浆料挡板之间空有卸料间隔且所述型腔压板与缺口槽之间空有入料间隔；浮动基座下行过程中带动型腔压板与上浆料挡块、下浆料挡板、缺口槽形成封闭型腔；所述焊料出口延伸至入料间隔处；包围缺口槽的固定基座上均匀铺设有用于感应加热的第二通水铜管；所述第一通水铜管和第二通水铜管匹配有电磁感应加热电源。

第一通水铜管和第二通水铜管中通水主要是给铜管自身降温，所述固定基座和上压模通过弹簧和弹簧柱连接，弹簧会给上压模向上的弹力，当所述上压模不受外来压力时，弹簧的弹力会将上压模整体向上支撑，所述型腔压板和上浆料挡块被向上牵引远离固定基座上的缺口槽以及下浆料挡板；当浮动基座受向下的压力下行时，首先与浮动基座上的凹槽相连的上浆料挡块受压下行，上浆料挡块与下浆料挡板实压复合板；浮动基座受压继续下行，带动所述型腔压板与所述缺口槽、上浆料挡块以及下浆料挡板一起形成封闭型腔，所述封闭型腔用于压制焊接接头；当浮动基座泄压后，在弹簧的弹力作用下，所述浮动基座、型腔压板和上浆料挡块均上行，从而上浆料挡块与复合板分离，上浆料挡块与下浆料挡板之间的卸料间隔打开，封闭型腔打开，方便卸除焊接接头。

进一步的，所述常压容纳腔体的内壁设置有氮化硅陶瓷层。所述氮化硅陶瓷层用于隔热和减少浆料粘连。

进一步的，所述缺口槽的内壁连接有型腔底板和型腔侧壁，所述下浆料挡板设置在型腔底板右侧边缘；浮动基座下行过程中带动型腔压板与上浆料挡块、下浆料挡板、型腔底板和型腔侧壁形成封闭型腔。设置型腔底板和型腔侧是为了防止浆料与缺口槽粘连，而且通过设置下浆料挡板和型腔底板的厚度能改变封闭型腔的大小，从而改边所述焊接接头的大小、厚度等。

优选的，所述型腔底板、型腔侧壁和型腔压板均由氮化硅陶瓷材料制成。所述氮化硅陶瓷层用于隔热和减少浆料粘连。

优选的，所述型腔压板所在平面与所述型腔底板所在平面相平行。这样制备处的焊接接头规整，方便后续焊接接头之间的焊接。

优选的，所述型腔底板、型腔侧壁和型腔压板上均设置有卡块，所述缺口槽的底面、侧面以及浮动基座侧壁下端均设置有卡槽，所述型腔底板、型腔侧壁和型腔压板分别与所述缺口槽的底面、侧面以及浮动基座侧壁通过卡块和开槽相卡接。这样的设置是为了方便型腔底板、型腔侧壁和型腔压板的更换，从而方便调整需要制备的焊接接头的大小。

本发明所述制备焊接接头的装置结构新颖，操作方便，制作成本低，通过本装置制备的焊接接头结构紧实，力学性能好，成型质量高，整个装置配合巧妙，实用价值高，为本发明所述金属层状复合板焊接方法提供高质量的焊接接头。

本发明还提供了一种制备焊接接头的工艺，所述工艺是基于本发明所述制备焊接接头的装置实现的，包括以下步骤：

将单种金属从焊料入口放入半固态浆料制备箱的常压容纳腔体中，通过电磁感应加热电源使第一通水铜管对单种金属进行加热，并将单种金属加热至固液共存状态形成浆料；将压制模具整体正置在压力机工作面之间，在压力机中设定第一压力值和第二压力值，其中第一压力值保证将复合板压实，第二压力值保证将型腔压板下压形成封闭型腔；

将金属层状复合板从卸料间隔放入到型腔中，压力机开始对压制模具施压并加压至第一压力值，浮动基座下压使上浆料挡块首先向下移动并压实复合板；

打开焊料出口的阀门将浆料从入料间隔倒入型腔，待浆料均匀覆盖复合板上下端面后，压力机继续对压制模具施压并加压至第二压力值，型腔压板下压形成封闭型腔，同时第二通水铜管通电进行感应加热，使封闭型腔内部的浆料维持在恒定温度；

对压制模具保压，关闭使第二通水铜管工作的电磁感应加热电源直至浆料凝固，保压结束，焊接接头成形；

待封闭型腔的温度降至预设温度后，压力机泄压上行，弹簧将所述固定基座和浮动基座弹开，所述型腔压板和上浆料挡块在浮动基座的带动下上行，卸料间隔打开，将焊接接头卸除。

进一步的，步骤

中在对常压容纳腔体中的单种金属加热的同时，进行电磁搅拌。加热金属的温度特别高，所以使用电磁搅拌即安全又方便。

本发明所述制备焊接接头的工艺步骤简单，制备焊接接头流程快，采用半固态压制包覆成型技术处理复合板端部形成焊接接头，通过接头处的金属密实，力学性能好，成形质量高；可作为复合板制备流程的后续，接着制备焊接接头，使复合板的端部形成包覆接头，本发明所述工艺便于大批量生产焊接接头，工艺应用效率高。

附图说明

图1是本发明的制备焊接接头的装置的整体结构示意图；

图2是本发明的制备焊接接头的装置结构示意图（未放浆料）；

图3是本发明的制备焊接接头的装置结构示意图（放入浆料）；

图4是本发明的制备焊接接头的装置结构示意图（型腔压板压制浆料）；

图5是本发明的制备焊接接头的装置结构示意图（卸料）；

图6是本发明的焊接接头结构示意图。

图中：1-焊接接头；2-金属层状复合板；3-半固态浆料制备箱；301-常压容纳腔体；302-第一通水铜管；303-焊料出口；4-压制模具；401-固定基座；402-缺口槽；403-下浆料挡板；404-浮动基座；405-上浆料挡块；406-型腔压板；407-凹槽；408-氮气弹簧；409-连接耳；410-弹簧；411-第二通水铜管；412-型腔底板；413-型腔侧壁。

具体实施方式

参照图1至图6，对本发明的一种金属层状复合板焊接方法、制备焊接接头的装置以及工艺进行详细说明。

一种金属层状复合板焊接方法，具体是将待焊接的两块金属层状复合板2端部包覆单种金属并形成焊接接头1，通过焊接两块焊接接头1将两块金属层状复合板2相焊接。

通过本发明所述焊接方法，将现有技术中多层金属连接的问题转化为单种金属连接问题，不需要增加过渡层，简化了复合板的焊接步骤，焊接工艺简单，缩短时耗，有效降低了生产成本。

一种制备焊接接头的装置，如图1所示，包括半固态浆料制备箱3和压制模具4，所述半固态浆料制备箱3包括常压容纳腔体301和用于感应加热的第一通水铜管302，所述常压容纳腔体301包括焊料入口和通过阀门控制的焊料出口303，所述阀门设置为抽拉式，所述阀门的开与关通过气缸控制；所述第一通水铜管302均匀铺设于所述常压容纳腔体301的外表面；所述压制模具4包括固定基座401和位于固定基座401上方的上压模，所述固定基座401的上端右边上开设有缺口槽402，所述缺口槽402右侧边缘上固定有下浆料挡板403；所述上压模包括浮动基座404、上浆料挡块405和型腔压板406，所述浮动基座404的下端面设有凹槽407，所述上浆料挡块405的上端部伸入所述凹槽407内部且通过至少两个氮气弹簧408与凹槽407底部相连接，所述上浆料挡块405与所述凹槽407活动配合，所述上浆料挡块405与下浆料挡板403对齐设置，位于上浆料挡块405左侧的浮动基座404侧壁下端连接有型腔压板406，所述固定基座401和浮动基座404的前后两侧均延伸有连接耳409，二个连接耳409通过弹簧410和弹簧柱相连接，弹簧410在受上压模自身压力的情况下其弹力保证上浆料挡块405与下浆料挡板403之间空有卸料间隔且所述型腔压板406与缺口槽402之间空有入料间隔；浮动基座404下行过程中带动型腔压板406与上浆料挡块405、下浆料挡板403、缺口槽402形成封闭型腔；所述焊料出口303延伸至入料间隔处；包围缺口槽402的固定基座401上均匀铺设有用于感应加热的第二通水铜管411；所述第一通水铜管302和第二通水铜管411匹配有电磁感应加热电源。

第一通水铜管302和第二通水铜管411中通水主要是给铜管自身降温，所述固定基座401和上压模通过弹簧410和弹簧柱连接，弹簧410会给上压模向上的弹力，当所述上压模不受外来压力时，弹簧410的弹力会将上压模整体向上支撑，所述型腔压板406和上浆料挡块405被向上牵引远离固定基座401上的缺口槽402以及下浆料挡板403；当浮动基座404受向下的压力下行时，首先与浮动基座404上的凹槽407相连的上浆料挡块405受压下行，上浆料挡块405与下浆料挡板403实压复合板，具体如图2所示；浮动基座404受压继续下行，带动所述型腔压板406与所述缺口槽402、上浆料挡块405以及下浆料挡板403一起形成封闭型腔，具体如图4所示，所述封闭型腔用于压制焊接接头1；当浮动基座404泄压后，在弹簧410的弹力作用下，所述浮动基座404、型腔压板406和上浆料挡块405均上行，从而上浆料挡块405与复合板分离，上浆料挡块405与下浆料挡板403之间的卸料间隔打开，封闭型腔打开，具体如图5所示，方便卸除焊接接头1。

进一步的，作为本发明所述的制备焊接接头的装置的具体实施方式，所述常压容纳腔体301的内壁设置有氮化硅陶瓷层。所述氮化硅陶瓷层用于隔热和减少浆料粘连。

进一步的，作为本发明所述的制备焊接接头的装置的具体实施方式，具体如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述缺口槽402的内壁连接有型腔底板412和型腔侧壁413，所述下浆料挡板403设置在型腔底板412右侧边缘；浮动基座404下行过程中带动型腔压板406与上浆料挡块405、下浆料挡板403、型腔底板412和型腔侧壁413形成封闭型腔。设置型腔底板412和型腔侧是为了防止浆料与缺口槽402粘连，而且通过设置下浆料挡板403和型腔底板412的厚度能改变封闭型腔的大小，从而改边所述焊接接头1的大小、厚度等。

进一步的，作为本发明所述的制备焊接接头的装置的具体实施方式，所述型腔底板412、型腔侧壁413和型腔压板406均由氮化硅陶瓷材料制成。所述氮化硅陶瓷层用于隔热和减少浆料粘连。

进一步的，作为本发明所述的制备焊接接头的装置的具体实施方式，所述型腔压板406所在平面与所述型腔底板412所在平面相平行，具体如图1、图2、图3、图4、图5所示。这样制备处的焊接接头1规整，方便后续焊接接头1之间的焊接。

进一步的，作为本发明所述的制备焊接接头的装置的具体实施方式，所述型腔底板412、型腔侧壁413和型腔压板406上均设置有卡块，所述缺口槽402的底面、侧面以及浮动基座404侧壁下端均设置有卡槽，所述型腔底板412、型腔侧壁413和型腔压板406分别与所述缺口槽402的底面、侧面以及浮动基座404侧壁通过卡块和开槽相卡接。这样的设置是为了方便型腔底板412、型腔侧壁413和型腔压板406的更换，从而方便调整需要制备的焊接接头1的大小。

本发明所述制备焊接接头的装置结构新颖，操作方便，制作成本低，通过本装置制备的焊接接头1结构紧实，力学性能好，成型质量高，整个装置配合巧妙，实用价值高，为本发明所述金属层状复合板焊接方法提供高质量的焊接接头1。

一种制备焊接接头的工艺，所述工艺是基于本发明所述制备焊接接头的装置实现的，本实施例中是在钛/镁层复合板TC4/AZ31B基础上，制备焊接接头1的，具体包括以下步骤：

将单种金属从焊料入口放入半固态浆料制备箱3的常压容纳腔体301中，常压容纳腔体301的具体单种金属为AZ31B镁合金锭，通过电磁感应加热电源使第一通水铜管302对AZ31B镁合金锭进行加热，加热至600℃，并且在加热过程中使用电磁搅拌器进行电磁搅拌，并将AZ31B镁合金锭加热至固液共存状态，充分球化形成浆料； 将压制模具4整体正置在60吨压力机工作面之间，压力机速度约为20mm/s，在压力机中设定第一压力值和第二压力值，其中第一压力值保证将复合板压实，第二压力值保证将型腔压板406下压形成封闭型腔，且提前在焊料出口内壁以及形成的封闭型腔各内壁上涂覆石墨润滑剂层；

将钛/镁层复合板从卸料间隔放入到型腔中，压力机开始对压制模具4施压并加压至第一压力值，浮动基座404下压使上浆料挡块405首先向下移动并压实复合板，具体如图2所示；

打开焊料出口的阀门将浆料从入料间隔倒入型腔，如图3所示，待浆料均匀覆盖复合板上下端面后，压力机继续对压制模具4施压并加压至第二压力值，型腔压板406下压形成封闭型腔，如图4所示，同时第二通水铜管411通电进行感应加热，使封闭型腔内部的浆料维持在580-620℃；

对压制模具4保压5min，关闭使第二通水铜管411工作的电磁感应加热电源直至浆料凝固，保压结束，焊接接头1成形；

待封闭型腔的温度降至400℃后，压力机泄压上行，弹簧410将所述固定基座401和浮动基座404弹开，所述型腔压板406和上浆料挡块405在浮动基座404的带动下上行，卸料间隔打开，如图5所示，将焊接接头1卸除，所述焊接接头1如图6所示。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种制备焊接接头的装置，其特征在于：包括半固态浆料制备箱（3）和压制模具（4），所述半固态浆料制备箱（3）包括常压容纳腔体（301）和用于感应加热的第一通水铜管（302），所述常压容纳腔体（301）包括焊料入口和通过阀门控制的焊料出口（303）；所述第一通水铜管（302）均匀铺设于所述常压容纳腔体（301）的外表面；所述压制模具（4）包括固定基座（401）和位于固定基座（401）上方的上压模，所述固定基座（401）的上端右边上开设有缺口槽（402），所述缺口槽（402）右侧边缘上固定有下浆料挡板（403）；所述上压模包括浮动基座（404）、上浆料挡块（405）和型腔压板（406），所述浮动基座（404）的下端面设有凹槽（407），所述上浆料挡块（405）的上端部伸入所述凹槽（407）内部且通过至少两个氮气弹簧（408）与凹槽（407）底部相连接，所述上浆料挡块（405）与所述凹槽（407）活动配合，所述上浆料挡块（405）与下浆料挡板（403）对齐设置，位于上浆料挡块（405）左侧的浮动基座（404）侧壁下端连接有型腔压板（406），所述固定基座（401）和浮动基座（404）的前后两侧均延伸有连接耳（409），二个连接耳（409）通过弹簧（410）和弹簧柱相连接，弹簧（410）在受上压模自身压力的情况下其弹力保证上浆料挡块（405）与下浆料挡板（403）之间空有卸料间隔且所述型腔压板（406）与缺口槽（402）之间空有入料间隔；浮动基座（404）下行过程中带动型腔压板（406）与上浆料挡块（405）、下浆料挡板（403）、缺口槽（402）形成封闭型腔；所述焊料出口（303）延伸至入料间隔处；包围缺口槽（402）的固定基座（401）上均匀铺设有用于感应加热的第二通水铜管（411）；所述第一通水铜管（302）和第二通水铜管（411）匹配有电磁感应加热电源。

2.根据权利要求1所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述常压容纳腔体（301）的内壁设置有氮化硅陶瓷层。

3.根据权利要求1或2所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述缺口槽（402）的内壁连接有型腔底板（412）和型腔侧壁（413），所述下浆料挡板（403）设置在型腔底板（412）右侧边缘；浮动基座（404）下行过程中带动型腔压板（406）与上浆料挡块（405）、下浆料挡板（403）、型腔底板（412）和型腔侧壁（413）形成封闭型腔。

4.根据权利要求3所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述型腔底板（412）、型腔侧壁（413）和型腔压板（406）均由氮化硅陶瓷材料制成。

5.根据权利要求4所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述型腔压板（406）所在平面与所述型腔底板（412）所在平面相平行。

6.根据权利要求5所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述型腔底板（412）、型腔侧壁（413）和型腔压板（406）均通过螺栓分别与缺口槽（402）的底面、侧面以及浮动基座（404）侧壁下端紧固连接。

7.根据权利要求5所述的制备焊接接头的装置，其特征在于：所述型腔底板（412）、型腔侧壁（413）和型腔压板（406）上均设置有卡块，所述缺口槽（402）的底面、侧面以及浮动基座（404）侧壁下端均设置有卡槽，所述型腔底板（412）、型腔侧壁（413）和型腔压板（406）分别与所述缺口槽（402）的底面、侧面以及浮动基座（404）侧壁通过卡块和开槽相卡接。

8.一种制备焊接接头的工艺，所述工艺是基于权利要求2-7任一项所述的制备焊接接头的装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：

将单种金属从焊料入口放入半固态浆料制备箱（3）的常压容纳腔体（301）中，通过电磁感应加热电源使第一通水铜管（302）对单种金属进行加热，并将单种金属加热至固液共存状态形成浆料；将压制模具（4）整体正置在压力机工作面之间，在压力机中设定第一压力值和第二压力值，其中第一压力值保证将复合板压实，第二压力值保证将型腔压板（406）下压形成封闭型腔；

将金属层状复合板（2）从卸料间隔放入到型腔中，压力机开始对压制模具（4）施压并加压至第一压力值，浮动基座（404）下压使上浆料挡块（405）首先向下移动并压实复合板；

打开焊料出口的阀门将浆料从入料间隔倒入型腔，待浆料均匀覆盖复合板上下端面后，压力机继续对压制模具（4）施压并加压至第二压力值，型腔压板（406）下压形成封闭型腔，同时第二通水铜管（411）通电进行感应加热，使封闭型腔内部的浆料维持在恒定温度；

对压制模具（4）保压，关闭使第二通水铜管（411）工作的电磁感应加热电源直至浆料凝固，保压结束，焊接接头（1）成型；

待封闭型腔的温度降至预设温度后，压力机泄压上行，弹簧（410）将所述固定基座（401）和浮动基座（404）弹开，所述型腔压板（406）和上浆料挡块（405）在浮动基座（404）的带动下上行，卸料间隔打开，将焊接接头（1）卸除。

9.根据权利要求8所述的制备焊接接头的工艺，其特征在于，步骤

中在对常压容纳腔体（301）中的单种金属加热的同时，进行电磁搅拌。

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