CN113618222A - 一种非晶合金的焊接工艺和块体非晶合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非晶合金焊接技术领域，特别是涉及一种非晶合金的焊接工艺和块体非晶合金，该焊接工艺包括以下步骤，S1、清洁非晶合金板的表面；使加热板的板面温度达到待焊接的非晶合金的玻璃转变温度；S2、将两块清洁后的非晶合金板分别叠放在S1处理后的加热板的两个相对面上；S3、压合前退出加热板以，在气氛保护下将板面叠合的两块非晶合金板送入压合设备中热压合，制得焊接成型的非晶合金板；S4、采用两块S3制得的焊接成型的非晶合金板，将其重复S2～S3步骤，获得厚度增加的非晶合金板，该非晶合金的焊接工艺能在厚度方向上焊接成型块体非晶合金，且该焊接工艺具有容易操作的优点。

Description

一种非晶合金的焊接工艺和块体非晶合金
技术领域
本发明涉及非晶合金焊接技术领域，特别是涉及一种非晶合金的焊接工艺和块体非晶合金。
背景技术
块体非晶合金因具有优于传统晶态合金物理性能和化学性能而受到广泛关注。对于成型块体非晶合金的技术中，由于压铸成型块体非晶合金的过程需要极高的冷却速度，而在当前有限的冷却速度条件下，压铸成型块体非晶合金的技术大部分只能形成毫米或厘米级别的铸造非晶合金，而且压铸成型块体非晶合金的过程在高温下非晶合金极易发生晶化。
对此，现有技术采用了焊接技术来成型块体非晶合金，该焊接技术以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料，其适用于高速率冷却成形的块体非晶合金。对于采用焊接技术来成型块体非晶合金的技术，传统主要利用超声波、激光对非晶合金材料输入能量，使非晶合金达到过冷液相区，然后通过施压冷却成形，最终实现两非晶合金的焊接。
然而，焊接成型非晶合金的技术仍存在不足之处：对于激光焊接，激光光线有一定的穿透限制，以致激光焊接只能适用于非晶合金板平板之间的对接焊，而无法实现非晶合金在增加厚度方向上的焊接；对于超声焊接，为了确保超声输入的能量达到焊接要求，待焊接非晶合金的厚度不能太厚，这样限制了非晶合金的大尺寸制备，同样不能制备在增加厚度方向上的块体非晶合金，并且在没有外接热源时，超声波焊接的有效连接区域较小。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种非晶合金的焊接工艺，该非晶合金的焊接工艺能在厚度方向上焊接成型块体非晶合金，且该焊接工艺具有容易操作的优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种非晶合金的焊接工艺，包括以下步骤，
S1、采用待焊接的非晶合金板，清洁非晶合金板的表面；采用加热板并对所述加热板进行加热，使所述加热板的板面温度达到待焊接的非晶合金的玻璃转变温度；
S2、将两块清洁后的非晶合金板分别叠放在S1处理后的所述加热板的两个相对面上，所述加热板对非晶合金板加热以使非晶合金板的表面温度达到非晶合金对应的玻璃转变温度；
S3、采用压合设备，压合前退出所述加热板以使所述加热板上的两块非晶合金板的板面叠合，在气氛保护下将板面叠合的两块非晶合金板送入压合设备中压合，制得焊接成型的非晶合金板；
S4、采用S3制得的焊接成型的非晶合金板，将其重复S2～S3步骤，获得厚度增加的非晶合金板，继续重复S2～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板。
上述步骤的工作原理：先用加热板对非晶合金板的板面加热，使非晶合金板的待焊接面转为冷液相区，在压合前退出加热板，使得两块非晶合金板的板面对齐贴合，然后借助压合设备内两块非晶合金快速压合，非晶合金板的冷液相区面相互焊接在一起，从而形成厚度增加的块体非晶合金，所形成的块体非晶合金能重复上述步骤进而获得目标厚度的块体非晶合金。
其中，加热板的加热温度是根据待焊接的非晶合金的材质来设置的，这样能适用不同非晶合金的热压成型，满足多层非晶合金的叠加焊接。
气氛保护下将加热后的非晶合金板快速压合在一起，可以保持非晶合金热压前后材料的非晶状态，避免非晶合金受到不必要的影响。
进一步地，所述S3中，所述压合设备为辊扎机，所述加热板为斜面加热板，所述斜面加热板的斜面下降端指向所述辊扎机的压合位，其中一块待焊接的非晶合金板叠放在斜面加热板的斜面上，另一块待焊接的非晶合金板叠放在该斜面的相对面上，轧焊时，使辊扎机同时咬入叠放在所述斜面加热板上的两块非晶合金板且同时使所述斜面加热板逐步退出，所述斜面加热板的退出方向与非晶合金板的咬入方向相反。
采用辊扎机与斜面加热板配合使用，使得非晶合金板一边被加热一边被辊扎机热压合，保证了加热后的非晶合金板能及时连贯地被压合，最大可能地克服了加热与压合分开处理所造成的压合延迟的问题。
进一步地，所述斜面加热板的横截面为梯形面，所述斜面加热板的斜面倾斜度为6°～12°。横截面为梯形面的斜面加热板能更好地使非晶合金板被辊扎机咬入。
进一步地，所述斜面加热板的斜面上开设有若干个v型槽，斜面上的v型槽使得斜面的表面积增大，从而增加了加热面积，提高加热速度。
进一步地，所述加热板包括陶瓷板体，所述陶瓷板体内部设有电加热体。
进一步地，所述S3中，在非晶合金板的表面温度达到玻璃转变温度后的1s～2s内压合非晶合金板。玻璃转变温度后的1s～2s内压合非晶合金板有助于保证非晶合金板的冷液相区面状态。
进一步地，所述压扎辊的线速为133mm/s，所述加热板的退出线速为133mm/s，压扎辊的压轧的压缩比为20％，压扎辊的加热温度为450℃。
进一步地，所述斜面加热板的温度沿斜面的倾斜上升方向逐渐降低，且所述斜面加热板的下降端的温度保持为非晶合金对应的玻璃转变温度。斜面加热板的温度沿斜面的倾斜上升方向逐渐降低，能有效避免了后面进入辊扎机的非晶合金板被高温加热时长过长而导焊接面不均匀的问题。
进一步地，所述S3中，所述压合设备为焊接压合模具，所述非晶合金板与加热板被置入所述焊接压合模具中，且在压合前的1s～2s内退出所述加热板。焊接压合模具容易获得，采用焊接压合模具进行压合能降低了压合成本。
进一步地，待焊接的非晶合金板的焊接面上设有微结构。该微结构能增加了非晶合金板的焊接面的表面积，从而提高了焊接牢固度。
本发明的一种非晶合金的焊接工艺的有益效果：
(1)本发明利用加热板对待焊接的非晶合金板加热，该加热板作为一种焊接输入的能量并能大面积加热非晶合金，进而使得非晶合金板能大面积焊接，继而便于非晶合金板在厚度方向上叠合焊接，形成块体非晶合金。
(2)本发明的加热板独立于压合设备，本发明的加热板能根据非晶合金材质特性调整加热温度，实现可控可调加热速率和加热温度，保证了焊接质量。
(3)本发明的加热板能直接对待焊接的非晶合金板的板面加热，使得加热板对非晶合金板的厚度要求不严格，这样便于各种厚度的非晶合金板均能进行焊接，极大降低了制造块体非晶合金的难度。
本发明还提供一种块体非晶合金，其由上述的非晶合金的焊接工艺制成。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是非晶合金板开始被轧辊机咬入的工作状态图。
图2是非晶合金板被轧辊机咬入且非晶合金板准备压合在一起的工作状态图。
图3是非晶合金板被轧辊机咬入且非晶合金板压合在一起的工作状态图。
图4是采用另一种加热板时的非晶合金板被轧辊机咬入且非晶合金板压合在一起的工作状态图。
图5是采用另一种加热板时的非晶合金板被轧辊机咬入且非晶合金板准备压合在一起的工作状态图。
图6是采用另一种加热板时的非晶合金板被轧辊机咬入且非晶合金板压合在一起的工作状态图。
图7是具有微结构的待焊接的非晶合金板结构示意图。
图8是非晶合金板与加热板位于焊接压合模具中时的工作状态示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例公开的一种非晶合金的焊接工艺，包括以下步骤，
S1、采用待焊接的非晶合金板，清洁非晶合金板的表面，具体地，用砂纸打磨除去非晶合金板的表面氧化层，并逐步用细砂纸将表面打磨光滑，最后用酒精除去表面污渍；采用加热板并对所述加热板进行加热，使所述加热板的板面温度达到待焊接的非晶合金的玻璃转变温度，当采用不用材质的非晶合金板时，加热板则采用不用的加热温度，只要与待焊接的非晶合金的玻璃化转变温度相适应即可；
S2、先将两块待焊接的非晶合金板板面对齐，然后在对齐的两块非晶合金之间插入加热板，从而将两块清洁后的非晶合金板分别叠放在S1处理后的所述加热板的两个相对面上，所述加热板对非晶合金板加热以使非晶合金板的表面温度达到非晶合金对应的玻璃转变温度，本实施例中，采用温度传感器来测量所述非晶合金板的表面温度是否达到玻璃转变温度；
S3、采用辊扎机，将非晶合金与加热板放置在轧机喂料口前的平台，并定位好，通过气氛保护方式避免焊接过程发生晶化，气氛保护方式可以是但不限于以下几种惰性气体、氮气、真空、空气；如图1-6所示，将非晶合金板送入辊轧机，两块非晶合金板被咬入辊轧机，同时加热板沿与非晶合金板的咬入方向相反的方向逐渐从两块非晶合金板中退出，实现边加热边压合的加工过程；
S4、采用S3制得的焊接成型的非晶合金板，将其重复S2～S3步骤，获得厚度增加的非晶合金板，继续重复S2～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板。
本实施中，所述加热板为斜面加热板，所述斜面加热板的斜面下降端指向所述辊扎机的压合位。
本实施例中，所述斜面加热板的横截面为梯形面，所述斜面加热板的斜面倾斜度为6°～12°，所述斜面加热板的斜面上开设有若干个v型槽。
本实施例中，所述加热板包括陶瓷板体，所述陶瓷板体内部设有电加热体。
本实施例中，所述S3中，在非晶合金板的表面温度达到玻璃转变温度后的1s～2s内压合非晶合金板，优选1s内。
本实施例中，所述压扎辊的线速为133mm/s，所述加热板的退出线速为133mm/s，当然，实际应用中，可以根据不同的非晶合金板调节不同的线速，压扎辊的压轧压缩比为20％，压扎辊的加热温度为450℃。实际应用中，所述压扎辊的线速、所述加热板的退出线速、压扎辊的压轧的压缩比以及压扎辊的加热温度还可以设置为其他参数，只要所述压扎辊能提供合适的压合力、加热温度以及所述加热板能退出即可。
本实施例中，所述斜面加热板的温度沿斜面的倾斜上升方向逐渐降低，且所述斜面加热板的下降端的温度保持为非晶合金对应的玻璃转变温度。
实施例2
本实施例公开的一种非晶合金的焊接工艺，其与实施例1的不同之处在于，如图7所示，所焊接的非晶板表面具有微织构，能增大受热和焊接的面积，可以有效提升焊接效率和性能。
实施例3
本实施例公开的一种非晶合金的焊接工艺，其与实施例1的不同之处在于采用焊接压合模具进行压合，如图8所示，将非晶合金板与加热板置于焊接压合模具，非晶合金板的中间为加热板，两块非晶合金板被加热后，抽出加热板，接着向下压合焊接压合模具并焊接成型。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种非晶合金的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤，
S1、采用待焊接的非晶合金板，清洁非晶合金板的表面；采用加热板，使所述加热板的板面温度达到待焊接的非晶合金的玻璃转变温度；
S2、将两块清洁后的非晶合金板分别叠放在S1处理后的所述加热板的两个相对面上，所述加热板对非晶合金板加热以使非晶合金板的表面温度达到非晶合金对应的玻璃转变温度；
S3、采用压合设备，压合前退出所述加热板以使所述加热板上的两块非晶合金板的板面叠合，在气氛保护下将板面叠合的两块非晶合金板送入压合设备中热压合，制得焊接成型的非晶合金板；
S4、采用S3制得的焊接成型的非晶合金板，将其重复S2～S3步骤，获得厚度增加的非晶合金板，继续重复S2～S3步骤，直至获得目标厚度的块体非晶合金板。
2.根据权利要求1所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述S3中，所述压合设备为辊扎机，所述加热板为斜面加热板，所述斜面加热板的斜面下降端指向所述辊扎机的压合位，其中一块待焊接的非晶合金板叠放在所述斜面加热板的斜面上，另一块待焊接的非晶合金板叠放在该斜面的相对面上，轧焊时，辊扎机同时咬入叠放在所述斜面加热板上的两块非晶合金板且同时使所述斜面加热板从非晶合金板中逐步退出，所述斜面加热板的退出方向与非晶合金板的咬入方向相反。
3.根据权利要求2所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述斜面加热板的横截面为梯形面，所述斜面加热板的斜面倾斜度为6°～12°。
4.根据权利要求2或3所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述斜面加热板的斜面上开设有若干个v型槽。
5.根据权利要求1所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述加热板包括陶瓷板体，所述陶瓷板体的内部设有电加热体。
6.根据权利要求1所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述S3中，在非晶合金板的表面温度达到玻璃转变温度后的1s～2s内压合非晶合金板。
7.根据权利要求2所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述斜面加热板的温度沿斜面的倾斜上升方向逐渐降低，且所述斜面加热板的下降端的温度保持为非晶合金对应的玻璃转变温度。
8.根据权利要求1所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：所述S3中，所述压合设备为焊接压合模具，所述非晶合金板与加热板均置入所述焊接压合模具中，在压合前的1s～2s内退出所述加热板。
9.根据权利要求1所述的非晶合金的焊接工艺，其特征在于：待焊接的非晶合金板的焊接面上设有微结构。
10.一种块体非晶合金，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的非晶合金的焊接工艺制成。
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