CN113275732B - 一种复合板类零件的电磁焊接装置及其成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合板类零件的电磁焊接装置及其成形方法，装置包括电磁焊接线圈、放电电路和用于放置基板的基板座和用于将复板悬置于基板上方的复板支撑装置，放电电路与电磁焊接线圈连接，多个电磁焊接线圈设置在复板的上方，且电磁焊接线圈以能覆盖复板的方式布设。本发明利用磁脉冲焊接技术进行材料的连接，金属在高速率下形成金属射流，组元材料互相扩散形成冶金连接，连接强度高。且复杂的后续热处理工艺不是必须的，使得工艺较为简单，操作简便，生产周期缩短，经济效益提高。

Description

一种复合板类零件的电磁焊接装置及其成形方法

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种复合板类零件的电磁焊接装置及其成形方法。

背景技术

复合板/管制造技术是指在一层金属板/管上覆以另外一种金属板/管，以达到在不降低使用效果(防腐性能、机械强度等)的前提下发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求,它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益。传统的复合板/管制造技术主要有轧制复合法与爆炸复合法，虽然都可以成功生产出复合板/管，但是目前都存在难以解决的缺陷。

在传统的轧制复合法中，文献“不锈钢/碳钢冷轧复合机理的研究”中提到，可以通过轧制产生的塑性变形而形成机械嵌合,其粘结强度很低，加上金属原子偏离平衡位置而形成残余应力,扩散退火成了提高界面性能的主要手段。但过度扩散会使大量合金碳化物及脆性相生成,最终导致结合强度降低且工艺较为繁琐，生产成本较高。

爆炸复合法是利用炸药爆炸产生的巨大能量驱动两块金属板高速倾斜碰撞进行焊接,是将炸药的化学能转换为机械能使金属材料连接的一种有效方法。文献“不锈钢复合板生产方法和制备技术的探讨”中提到，爆炸复合可以生产复合板总厚度可以达到几百毫米厚,单张复合面积可以达到20m²,但由于爆炸冲击能量过大，不适合生产总厚度小于10mm的较薄的复合板。另外爆炸复合法会造成较大的环境污染，不利于绿色生产的发展。

电磁脉冲焊接技术是利用金属在强脉冲磁场中受到的电磁力作用使其发生塑性变形的一种高速、高能率，短时脉冲加工技术。目前电磁脉冲焊接技术已经在板/管零件焊接可行性方面取得成功，并且主要针对的对象为薄壁金属板/管，填补了爆炸复合法在薄壁板/管复合成形领域的空缺。焊接界面间的组元材料互相扩散达到冶金连接，焊接可靠。并且电磁脉冲焊接技术绿色环保，有利于绿色生产的发展。但是目前电磁脉冲焊接技术仅对单次的小区域放电进行详尽的研究，难以满足复合板/管件的大面积整体复合需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合板类零件的电磁焊接装置及其成形方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种复合板类零件的电磁焊接装置，包括电磁焊接线圈、放电电路和用于放置基板的基板座和用于将复板悬置于所述基板上方的复板支撑装置，所述放电电路与所述电磁焊接线圈连接，所述电磁焊接线圈设置在所述复板的上方以通过电磁力驱动所述复板焊接于所述基板上。

进一步的，所述复板支撑装置为设置在所述复板两侧的垫块，所述垫块上设置有用于支撑所述复板边缘的倾斜支撑面。

进一步的，所述复板支撑装置包括设置在所述基板座两侧的第一压板和第二压板，所述第一压板和所述基板座之间形成用于夹紧所述基板的基板夹紧空间，所述第一压板和第二压板之间形成用于压紧所述复板的复板压紧空间。

进一步的，所述第一压板和第二压板通过螺栓串接安装在所述基板座上。

进一步的，所述电磁焊接线圈安装在一线圈安装座上，所述线圈安装座包括滑轨和安装梁，所述电磁焊接线圈的上端安装在所述安装梁上，所述滑轨的一侧设置有滑槽，所述安装梁的端部与所述滑槽滑接。

进一步的，所述电磁焊接线圈相对所述基板座倾斜设置，所述电磁焊接线圈的下侧设置有侧推线圈，所述侧推线圈内形成有用于复板加速的加速通道。

进一步的，还包括固定板和线圈加载装置，所述线圈加载装置的一端安装在所述固定板上，另一端设置有驱动电磁焊接线圈向复板运动的加载端。

进一步的，所述线圈加载装置为预压缩弹簧或者气缸或者气垫。

然后本发明公开了一种复合板管类零件的电磁焊接方法，包括上述所述的复合板类零件的电磁焊接装置，包括如下步骤：

S1、安装好所述电磁焊接线圈、放电电路、基板座和复板支撑装置，将放电电路与所述电磁焊接线圈连接；

S2、将所述基板安装在所述基板座上，将所述复板安装在所述基板的上方，调整基板和复板之间到预定的距离；

S3、控制放电电路对从复板的一侧向另一侧对电磁焊接线圈顺序放电，直到复板与基板焊接成形。

进一步的，在步骤S1中，所述电磁焊接线圈从所述复板的一侧到另一侧呈距离增大的阶梯设置，在步骤S3，控制放电电路对电磁焊接线圈同步放电。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)传统轧制复合法连接界面为机械嵌合的形式，其连接强度很低，且工艺较为繁琐，生产成本较高。而本发明利用磁脉冲焊接技术进行材料的连接，金属在高速率下形成金属射流，组元材料互相扩散形成冶金连接，连接强度高。且复杂的后续热处理工艺不是必须的，使得工艺较为简单，操作简便，生产周期缩短，经济效益提高。

(2)传统爆炸复合技术生产过程中，炸药能量过大，不适合生产总厚度小于10mm的较薄复合板/管。并且炸药爆炸产生的大量污染气体，不符合绿色生产的理念。本发明采用的磁脉冲焊接技术在薄壁板/管焊接领域已经取得众多成功，所以能够生产出厚度小于10mm的薄壁复合板/管。并且电磁脉冲焊接技术所用能源为电能，属于绿色清洁能源，符合绿色生产的发展新方向。

(3)由于是众多线圈顺序放电而不是整体的超大型线圈一次放电，可以降低对放电设备的能量要求。并且可以实现板料在电磁力作用下的高速冶金连接。

(4)传统的板料电磁焊接，复板和基板是平行设置。在基板和复板之间设置一定的间隙，使复板在电磁力作用下向基板高速撞击。最终实现板料的焊接。但在实际焊接中，基板和复板之间的距离往往只有1mm左右，而焊接速度需要达到500m/s。这就需要焊接设备必须具有非常高的频率，并能通过非常高(上百、甚至上千kA)的电流，这对设备的性能提出了苛刻的要求。本发明通过将复板和基板设置为一定的夹角，并且基板和复板的距离远，复板的急速时间长。从而在普通电磁成形设备下也能将轻易的被加速度非常高的速度，实现板料的焊接。为了实现复板能够持续的被加载电磁力，可以通过在复板的两侧设置侧推线圈，或在焊接线圈的底部设置弹簧、气垫等，对线圈施加预紧力。当焊接线圈放电后，预紧力释放并驱动焊接线圈与复板同时运动。也可以在焊接线圈顶部设置驱动板，在驱动板的另一侧设置另一个驱动线圈。即使驱动线圈驱动焊接线圈与板料一起运动。

(5)可以将离散的焊接线圈设置为阶梯型，并且离线的线圈底部设置驱动板。焊接线圈同时放电，驱动板被加速并依次与复板撞击，使复板以高速撞击基板实现焊接。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例一公开的复合板类零件的电磁焊接装置的立体示意图；

图2为实施例一公开的复合板类零件的电磁焊接装置的俯视示意图；

图3为实施例一公开的复合板类零件的电磁焊接装置的电路连接示意图；

图4为实施例二公开的复合板类零件的电磁焊接装置的垫块安装示意图(采用多个电磁焊接线圈和放电电路)；

图5为实施例二公开的复合板类零件的电磁焊接装置的成形示意图(采用多个电磁焊接线圈和放电电路)；

图6为实施例二公开的复合板类零件的电磁焊接装置的成形示意图(采用单个电磁焊接线圈和放电电路)；

图7为实施例二公开的复合板类零件的电磁焊接装置的成形示意图(采用单个电磁焊接线圈和放电电路)；

图8为实施例二公开的复合板类零件的电磁焊接装置的成形示意图(采用单个电磁焊接线圈和放电电路)；

图9为实施例三公开的复合板类零件的电磁焊接装置的结构图；

图10为实施例四公开的复合板类零件的电磁焊接装置示意图(采用弹簧或者气垫板)；

图11为实施例四公开的复合板类零件的电磁焊接装置示意图(采用驱动线圈和驱动板)；

图12为实施例五公开的复合板类零件的电磁焊接装置示意图(电磁焊接线圈阶梯布设)。

图例说明：

1、电磁焊接线圈；2、放电电路；3、基板；4、基板座；5、复板；6、第一压板；7、第二压板；8、基板夹紧空间；9、复板压紧空间；10、螺栓；11、线圈安装座；12、滑轨；13、安装梁；14、滑槽；15、垫块；16、侧推线圈；17、加速通道；18、固定板；19、线圈加载装置；20、驱动线圈；21、驱动板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

如图1-3所示，本发明首先公开了一种复合板类零件的电磁焊接装置，包括电磁焊接线圈1、放电电路2、用于放置基板3的基板座4和用于将复板5悬置于基板3上方的复板支撑装置，电磁焊接线圈1为长条结构的板状通过电磁力成形的电磁线圈，安装在加强板内以提高整体的强度，放电电路2为脉冲放电电路，与电磁焊接线圈1连接，多个电磁焊接线圈1设置在复板5的上方，且电磁焊接线圈1以能覆盖复板5的方式布设，从而通过在电磁焊接线圈1内通过脉冲电流在电磁焊接线圈1和复板5之间形成瞬间巨大的电磁力，进而驱动复板5高速向基板3运动，最终实现复板5焊接在基板3上。其中，均采用从一侧向另一侧逐步焊接的方式，具体的，可以采用一个电磁焊接线圈1连接一个放电电路2、电磁焊接线圈1逐步平移覆盖复板5的方式；也可以采用一个放电电路2对应所有电磁焊接线圈1的方式(多个电磁焊接线圈1在焊接前已经覆盖在复板5的上方)，即电磁焊接线圈1放电完成一部分焊接后，拆除放电电路2连接到相邻下一个电磁焊接线圈1上。

在本实施实例中，复板支撑装置包括设置在基板座4两侧的第一压板6和第二压板7，第一压板6和基板座4之间形成用于夹紧基板3的基板夹紧空间8，第一压板6和第二压板7之间形成用于压紧复板5的复板压紧空间9，从而可以实现焊接前，基板3和复板5之间的固定装夹。第一压板6和第二压板7通过螺栓10串接安装在基板座4上，从而整个装夹过程只需要四个螺栓10即可，简化了装夹工艺过程。

在本实施实例中，为了更好的装夹基板3和复板5，留出装夹的操作空间，电磁焊接线圈1设置为抽屉式结构，其中，电磁焊接线圈1安装在一线圈安装座11上，线圈安装座11包括滑轨12和安装梁13，电磁焊接线圈1的上端通过线圈螺栓安装在安装梁13上，滑轨12的一侧设置有滑槽14，安装梁13的端部与滑槽14滑接，从而安装梁13只可以前后滑动，而上下位移均通过滑槽14限制，在基板3和复板5安装前，直接推动线圈安装座11离开安装区域，而安装完成后，推动线圈安装座11位于复板5上方即可。

然后，本发明公开了一种复合板管类零件的电磁焊接方法，包括上述方案的复合板类零件的电磁焊接装置，包括如下步骤：

S1、安装好电磁焊接线圈1、放电电路2、基板座4和复板支撑装置，将放电电路2与电磁焊接线圈1连接；

S2、将基板3安装在基板座4上，将复板5安装在基板3的上方，调整基板3和复板5之间到预定的距离；

S3、控制放电电路2对从复板5的一侧向另一侧对电磁焊接线圈1顺序放电，直到复板5与基板3焊接成形。

实施例二：

在本实施例中，如图4-8所示，复板支撑装置为设置在复板5两侧的垫块15，垫块15上设置有用于支撑复板5边缘的倾斜支撑面，当复板5受到电磁焊接线圈1向下的瞬间巨大的驱动力时，复板5会对垫块15形成一个侧向瞬间巨大的推力，从而将垫块15瞬间推开，从而可以保证复板5的边缘与基板3的边缘的焊接，防止后续复板5的边缘由于装夹需无法焊接，进而带来焊接后单独裁剪的问题。

实施例三：

在本实施例中，如图9所示，电磁焊接线圈1相对基板座4倾斜设置，电磁焊接线圈1的下侧设置有侧推线圈16，侧推线圈16内形成有用于复板5加速的加速通道17，侧推线圈16能够从两侧形成对复板5加速驱动的电磁推理，从而为复板5提供足够长的加速距离，从而在普通电磁成形设备下复板5也能将轻易的被加速度非常高的速度，实现复板5的焊接。

实施例四：

在本实施例中，如图10所示，还包括固定板18和线圈加载装置19，线圈加载装置19的一端安装在固定板18上，另一端设置有驱动电磁焊接线圈1向复板5运动的加载端，具体的，线圈加载装置19为预压缩弹簧或者气缸或者气垫，即线圈加载装置19和固定板18之间存在一个预紧力，当焊接线圈放电后，预紧力释放并与电磁焊接线圈1的电磁驱动力叠加，进一步加速对复板5的驱动。如图11所示，也可以在电磁焊接线圈1顶部设置驱动板21，在驱动板21的另一侧设置另一个驱动线圈20。即使驱动线圈20驱动电磁焊接线圈1与复板5一起运动。

实施例五：

在本实施例中，如图12所示，电磁焊接线圈1和复板5之间设置有驱动板21，驱动板21为容易与电磁焊接线圈1形成电磁力的金属，当电磁焊接线圈1和复板5不易形成电磁力时，可以通过该种间接驱动的方式使复板5焊接到基板3上。电磁焊接线圈1从复板5的一侧到另一侧呈距离增大的阶梯设置，对应的驱动板21也相应从复板5的一侧到另一侧呈距离增大的阶梯设置，从而，在步骤S3，可以控制放电电路2对电磁焊接线圈1同步放电，此时，通过行程时差，复板5也会实现如同实施例一的逐步与基板3焊接的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，包括电磁焊接线圈(1)、放电电路(2)、用于放置基板(3)的基板座(4)和用于将复板(5)悬置于所述基板(3)上方的复板支撑装置，所述放电电路(2)与所述电磁焊接线圈(1)连接，所述电磁焊接线圈(1)设置在所述复板(5)的上方以通过电磁力驱动所述复板(5)焊接于所述基板(3)上；所述电磁焊接线圈(1)相对所述基板座(4)倾斜设置，所述电磁焊接线圈(1)的下侧设置有侧推线圈(16)，所述侧推线圈(16)内形成有用于复板(5)加速的加速通道(17)。

2.根据权利要求1所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，所述复板支撑装置为设置在所述复板(5)两侧的垫块(15)，所述垫块(15)上设置有用于支撑所述复板(5)边缘的倾斜支撑面。

3.根据权利要求1所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，所述复板支撑装置包括设置在所述基板座(4)两侧的第一压板(6)和第二压板(7)，所述第一压板(6)和所述基板座(4)之间形成用于夹紧所述基板(3)的基板夹紧空间(8)，所述第一压板(6)和第二压板(7)之间形成用于压紧所述复板(5)的复板压紧空间(9)。

4.根据权利要求3所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，所述第一压板(6)和第二压板(7)通过螺栓(10)串接安装在所述基板座(4)上。

5.根据权利要求4所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，所述电磁焊接线圈(1)安装在一线圈安装座(11)上，所述线圈安装座(11)包括滑轨(12)和安装梁(13)，所述电磁焊接线圈(1)的上端安装在所述安装梁(13)上，所述滑轨(12)的一侧设置有滑槽(14)，所述安装梁(13)的端部与所述滑槽(14)滑接。

6.根据权利要求1所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，还包括固定板(18)和线圈加载装置(19)，所述线圈加载装置(19)的一端安装在所述固定板(18)上，另一端设置有驱动电磁焊接线圈(1)向复板(5)运动的加载端。

7.根据权利要求6所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，所述线圈加载装置(19)为预压缩弹簧或者气缸或者气垫。

8.一种复合板管类零件的电磁焊接方法，包括权利要求1-7任一所述的复合板类零件的电磁焊接装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、安装好所述电磁焊接线圈(1)、放电电路(2)、基板座(4)和复板支撑装置，将放电电路(2)与所述电磁焊接线圈(1)连接；

S2、将所述基板(3)安装在所述基板座(4)上，将所述复板(5)安装在所述基板(3)的上方，调整基板(3)和复板(5)之间到预定的距离；

S3、控制放电电路(2)从复板(5)的一侧向另一侧对电磁焊接线圈(1)顺序放电，直到复板(5)与基板(3)焊接成形。

9.根据权利要求8所述的复合板管类零件的电磁焊接方法，其特征在于，在步骤S1中，所述电磁焊接线圈(1)从所述复板(5)的一侧到另一侧呈距离增大的阶梯设置，在步骤S3，控制放电电路(2)对电磁焊接线圈(1)同步放电。

Images