CN115255592A - 一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，首先通过对双金属零件进行预处理，是焊接端面适合进行焊接，然后在焊接端面上设置发热剂薄片，通过涡流发生装置是双金属零件进行加热，并在这一过程中，对上双金属零件的两端施加一定的压力，最终实现双金属零件的焊接，通过本申请方法焊接的双金属零件，具有焊接强度高，操作简单的优点。

Description

一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法

技术领域

本发明涉及双金属焊接技术领域，尤其是涉及一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法。

背景技术

随着国家高新技术的不断发展，对于材料的性能要求越发的严格，单一材料的性能目前已难以满足某些领域的要求，因此双金属复合材料已是近年来的研究热点。尤其是双金属复合材料因其优越的力学性能、良好的耐蚀性能，可以节约大量贵重金属，从而降低成本、节约材料，将在石油化工、烟气脱硫、化工、环保等工业领域中得到广泛的应用。

双金属复合材料应用面临的主要困难是，表面层和基材之间的成分差异给焊接工艺及质量控制带来不确定性。焊接过程中，基材与表面层熔化并完全熔合形成熔池，在凝固后焊缝内表面层部分的合金元素被基材稀释，显著降低了复层焊缝的性能。

由于双金属材料的特殊性，其焊接施工既不同于纯金属的焊接，其焊接质量和焊接效率的管控往往是整个工程的施工重点和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将双金属零件进行焊接的方法，以使双金属零件之间的焊缝性能更高。

所以本发明公开了一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，所述方法包括：

步骤1，双金属零件预处理，将双金属零件待焊接端面进行除锈、打磨、切削以及清洗；

步骤2，配置发热剂，并将发热剂压制成薄片，将发热剂薄片贴在双金属零件的焊接端面；

步骤3，将双金属零件对接并置于涡流发生装置内，驱动所述涡流发生装置对双金属零件进行加热，并根据预设压力值对双金属零件的两端施加压力；

步骤4，在第一预设时间值内保持对双金属零件的加热，若对双金属零件的加热时间大于所述第一预设时间值，则驱动所述涡流发生装置停止对双金属零件加热，在第二预设时间值内保持对双金属零件两端的加压，若对双金属零件两端的加压时间大于所述第二预设时间值，则停止对双金属零件的两端施加压力。

在本申请的一些实施例中，公开了一种专门用于双金属焊接的发热剂组分，以优化双金属零件之间焊缝的性能，所述发热剂的组分包括铝微粒和三氧化二铬微粒，且所述铝微粒和三氧化二铬微粒的应用比例为1:1到1：1.5。

在本申请的一些实施例中，为了进一步优化使金属零件之间的焊缝的性能，所述发热剂薄片的厚度为50-500μm。

在本申请的一些实施例中，公开了驱动所述涡流发生装置的方法，以使双金属零件之间的焊接强度更好，驱动所述涡流发生装置的方法包括：

通电频率为5-50赫兹；

通电电压为5-50伏；

通电时间为第一预设时间值，第一预设时间值为5-50秒。

在本申请的一些实施例中，公开了一种对双金属零件两端施加压力的方法，以优化双金属零件之间焊接的工艺，使双金属零件之间的焊缝的性能达到最优，对双金属零件两端施加压力的方法包括：

对双金属零件的两端施加的压力为1-10MPa；

施加压力的时间为第二预设时间值，所述第二预设时间值为2-20秒。

在本申请的一些实施例中，公开了一种所述涡流发生装置的具体结构，所述涡流发生装置包括：

感应机构，用于产生涡流，以使双金属零件产生热量；

石棉套，设置于所述感应机构内部，用于对夹持定位双金属零件。

在本申请的一些实施例中，公开有所述感应机构的具体结构，以对双金属零件进行有效的升温和冷却，所述感应机构包括：

一对半圆形感应盘管，所述半圆形感应盘管之间设置有铰接机构，以将所述半圆形感应盘管铰接在一起，所述半圆形感应盘管连接有供电装置和供水装置，所述供电装置用于对所述半圆形感应管通电，以使所述半圆形感应管产生涡流，所述供水装置用于对所述半圆形感应管内通水，以使所述半圆形感应管对双金属零件进行冷却降温。

在本申请的一些实施例中，为了能够针对不同的双金属零件进行焊接，对所述方法进行了改进，所述方法还包括：

预设有时间对照表，所述时间对照表内设置有若干时间对照组；所述时间对照组包括第一预设时间值和第二预设时间值；

预设有焊接难度对照表，所述焊接难度对照表内设置有若干双金属零件参数组，所述双金属零件参数组内容包括双金属零件的材质参数以及双金属零件的尺寸参数；

所述双金属零件参数组和所述时间对照组相关联，以在满足所述时间对照组的条件下，使关联的所述双金属零件参数组所对应的双金属零件能够合焊接合格。

在本申请的一些实施例中，为了能够针对不同的双金属零件进行焊接，对所述方法进行了改进，所述方法还包括：

预设有施压对照表，所述施压对照表内设置有若干个压力值，且每个所述压力值跟所述双金属零件参数相关联，以在双金属零件的两端施加的压力达到所述压制值且满足所述时间对照组的条件下，双金属零件能够焊接合格。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本申请公开了一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，首先通过对双金属零件进行预处理，是焊接端面适合进行焊接，然后在焊接端面上设置发热剂薄片，通过涡流发生装置是双金属零件进行加热，并在这一过程中，对上双金属零件的两端施加一定的压力，最终实现双金属零件的焊接，通过本申请方法焊接的双金属零件，具有焊接强度高，操作简单的优点。

附图说明

图1为本申请实施中一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接的方法。

图2为本申请实施例中涡流发生装置的结构示意图。

附图标记

1、石棉套；2、半圆形感应盘管；3、铰接机构。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例：

随着国家高新技术的不断发展，对于材料的性能要求越发的严格，单一材料的性能目前已难以满足某些领域的要求，因此双金属复合材料已是近年来的研究热点。尤其是双金属复合材料因其优越的力学性能、良好的耐蚀性能，可以节约大量贵重金属，从而降低成本、节约材料，将在石油化工、烟气脱硫、化工、环保等工业领域中得到广泛的应用。

由于双金属材料的特殊性，其焊接施工既不同于纯金属的焊接，其焊接质量和焊接效率的管控往往是整个工程的施工重点和难点，对其选用何种焊接方法也是保障工程质量和制约施工进度的关键施工技术。

综上，本发明的目的是提供一种能够将双金属零件进行焊接的方法，以使双金属零件之间的焊缝性能更高。

如图1，所以本发明公开了一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，所述方法包括：

步骤S1，双金属零件预处理，将双金属零件待焊接端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

步骤S2，配置发热剂，并将发热剂压制成薄片，将发热剂薄片贴在双金属零件的焊接端面。

步骤S3，将双金属零件对接并置于涡流发生装置内，驱动所述涡流发生装置对双金属零件进行加热，并根据预设压力值对双金属零件的两端施加压力。

步骤S4，在第一预设时间值内保持对双金属零件的加热，若对双金属零件的加热时间大于所述第一预设时间值，则驱动所述涡流发生装置停止对双金属零件加热，在第二预设时间值内保持对双金属零件两端的加压，若对双金属零件两端的加压时间大于所述第二预设时间值，则停止对双金属零件的两端施加压力。

对应所述步骤S4中的发热剂，在本申请的一些实施例中，公开了一种专门用于双金属焊接的发热剂组分，以优化双金属零件之间焊缝的性能，所述发热剂的组分包括铝微粒和三氧化二铬微粒，且所述铝微粒和三氧化二铬微粒的应用比例为1:1到1：1.5。

在本申请的一些实施例中，为了进一步优化使金属零件之间的焊缝的性能，所述发热剂薄片的厚度为50-500μm。

对应所述步骤S4，在本申请的一些实施例中，公开了驱动所述涡流发生装置的方法，以使双金属零件之间的焊接强度更好，驱动所述涡流发生装置的方法包括：通电频率为5-50赫兹；通电电压为5-50伏；通电时间为第一预设时间值，第一预设时间值为5-50秒。

对应所述步骤S4，在本申请的一些实施例中，公开了一种对双金属零件两端施加压力的方法，以优化双金属零件之间焊接的工艺，使双金属零件之间的焊缝的性能达到最优，对双金属零件两端施加压力的方法包括：对双金属零件的两端施加的压力为1-10MPa；施加压力的时间为第二预设时间值，所述第二预设时间值为2-20秒。

对应所述步骤S4，在本申请的一些实施例中，公开了一种所述涡流发生装置的具体结构，所述涡流发生装置包括感应机构和石棉套。

所述感应机构，用于产生涡流，以使双金属零件产生热量。

所述石棉套，设置于所述感应机构内部，用于对夹持定位双金属零件。

在本申请的一些实施例中，公开有所述感应机构的具体结构，以对双金属零件进行有效的升温和冷却，所述感应机构包括：一对半圆形感应盘管，所述半圆形感应盘管之间设置有铰接机构，以将所述半圆形感应盘管铰接在一起，所述半圆形感应盘管连接有供电装置和供水装置，所述供电装置用于对所述半圆形感应管通电，以使所述半圆形感应管产生涡流，所述供水装置用于对所述半圆形感应管内通水，以使所述半圆形感应管对双金属零件进行冷却降温。

在具体应用过程中，将预处理后的双金属零件贴合发热剂薄片后，将双金属零件对接放置于所述半圆形感应盘管之间，通过启动加压装置加压在双金属零件的两端，对半圆形感应盘管的两端进行通电，以使双金属零件自发热，进而使双金属零件焊接在一起，持续指定时间段后，向所述半圆形感应盘管内通入水，以使双金属零件得到降温冷却。

对应所述步骤S4，在本申请的一些实施例中，为了能够针对不同的双金属零件进行焊接，对所述方法进行了改进，所述方法还包括：

a.预设有时间对照表，所述时间对照表内设置有若干时间对照组；所述时间对照组包括第一预设时间值和第二预设时间值。

b.预设有焊接难度对照表，所述焊接难度对照表内设置有若干双金属零件参数组，所述双金属零件参数组内容包括双金属零件的材质参数以及双金属零件的尺寸参数。

c.所述双金属零件参数组和所述时间对照组相关联，以在满足所述时间对照组的条件下，使关联的所述双金属零件参数组所对应的双金属零件能够合焊接合格。

对应所述步骤S3，在本申请的一些实施例中，为了能够针对不同的双金属零件进行焊接，对所述方法进行了改进，所述方法还包括：

预设有施压对照表，所述施压对照表内设置有若干个压力值，且每个所述压力值跟所述双金属零件参数相关联，以在双金属零件的两端施加的压力达到所述压制值且满足所述时间对照组的条件下，双金属零件能够焊接合格。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本申请采用感应加热引起发热剂发生放热反应，该放热反应将生成大量的热量，使得反应区域的温度达到2200-2500℃，将两焊件端面的界面一薄层金属熔化。在工作台之上对齐焊件，通过气动加压器夹持焊件的两端，通电、感应加热，引发放热反应，同时通过气动加压的方式对焊件的两端进行加压、保压。断电冷却，待冷却凝固后，即可将两个分离的金属焊接在一起。焊接完成，取出工件即可。

通过气动加压器夹持焊件并对焊件的两端进行气动加压、保压，然后断电，待冷却凝固后，即可将两个分离的金属焊接在一起。其中，反应生成的Cr可以溶入钢基体里，进行合金化，强化钢的耐蚀、耐热性能，生成的三氧化二铝可以作为陶瓷增强相，也有利于提升基体的耐热性。高温下也具有很强的稳定性。通过该焊接方法可将耐热性从400℃基础上提高80-100℃，可以满足500℃的工作要求)和耐磨性(耐磨性能是普通钢板的10-15倍以上，是低合金钢板性能3-5倍以上，是高铬铸铁耐磨性能2-3倍以上，耐磨性远远高于喷焊和热喷涂等方法。

本申请通过合理的坡口设计和焊接工艺匹配，实现耐热钢不锈钢-低合金钢双金属的焊接，焊缝质量好，焊接效率高，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。

为了进一步阐述本申请的技术方案，现公开有若干具体实施方式。

具体实施方式一：

(1)选择06Cr25Ni20耐热不锈钢和Q390低合金钢零件，并将待焊接的端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

(2)配制发热剂：将比例为1：3的铝微粒与三氧化二铬微粒进行研磨为微纳米粉末后后混合均匀。

(3)将发热剂压制成100μm的薄片后，将发热剂薄片贴在处理后的焊件端面。

(4)将焊件置于感应器内通电加热。

(5)在焊件两端施加压力、保压后断电。

表一，焊接工艺参数范围：

形成复合焊接缝焊缝，完成整个双金属零件的焊接。

具体实施方式二：

(1)选择0Cr18Ni10Ti耐热不锈钢和18MnMoNb低合金钢零件并将待焊接的端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

(2)配制发热剂：将比例为1：1的铝微粒与三氧化二铬微粒进行研磨为微纳米粉末后后混合均匀。

(3)将发热剂压制成60μm的薄片后，将发热剂薄片贴在处理后的焊件端面。

(4)将焊件置于感应器内并通电。

(5)在焊件两端施加压力、保压后断电。

表二，焊接工艺参数范围：

形成复合焊接缝焊缝，完成整个双金属零件的焊接。

具体实施方式三：

(1)选择1Cr18Ni12Mo2Ti耐热不锈钢和09Mn2低合金钢零件，并将待焊接的端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

(2)配制发热剂：将比例为1：4的铝微粒与三氧化二铬微粒进行研磨为微纳米粉末后后混合均匀。

(3)将发热剂压制成75μm的薄片后，将发热剂薄片贴在处理后的焊件端面。

(4)将焊件置于感应器内并通电。

(5)在焊件两端施加压力、保压后断电。

表三，焊接工艺参数范围：

形成复合焊接缝焊缝，完成整个双金属零件的焊接。

具体实施方式四：

(1)选择0Cr25Ni20耐热不锈钢和15MnVRC低合金钢零件，并将待焊接的端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

(2)配制发热剂：将比例为1：2的铝微粒与三氧化二铬微粒进行研磨为微纳米粉末后后混合均匀。

(3)将发热剂压制成50μm的薄片后，将发热剂薄片贴在处理后的焊件端面。

(4)将焊件置于感应器内并通电。

(5)在焊件两端施加压力、保压后断电。

表四，焊接工艺参数范围：

形成复合焊接缝焊缝，完成整个双金属零件的焊接。

具体实时方式五：

(1)选择0Cr25Ni20耐热不锈钢和15MnVRC低合金钢零件，并将待焊接的端面进行除锈、打磨、切削以及清洗。

(2)配制发热剂：将比例为1：2的铝微粒与三氧化二铬微粒进行研磨为微纳米粉末后后混合均匀。

(3)将发热剂压制成50μm的薄片后，将发热剂薄片贴在处理后的焊件端面。

(4)将焊件置于感应器内并通电。

(5)在焊件两端15MnVRC。

表五，焊接工艺参数范围：

形成复合焊接缝焊缝，完成整个双金属零件的焊接。

本申请公开了一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，首先通过对双金属零件进行预处理，是焊接端面适合进行焊接，然后在焊接端面上设置发热剂薄片，通过涡流发生装置是双金属零件进行加热，并在这一过程中，对上双金属零件的两端施加一定的压力，最终实现双金属零件的焊接，通过本申请方法焊接的双金属零件，具有焊接强度高，操作简单的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，双金属零件预处理，将双金属零件待焊接端面进行除锈、打磨、切削以及清洗；

步骤2，配置发热剂，并将发热剂压制成薄片，将发热剂薄片贴在双金属零件的焊接端面；

步骤3，将双金属零件对接并置于涡流发生装置内，驱动所述涡流发生装置对双金属零件进行加热，并根据预设压力值对双金属零件的两端施加压力；

步骤4，在第一预设时间值内保持对双金属零件的加热，若对双金属零件的加热时间大于所述第一预设时间值，则驱动所述涡流发生装置停止对双金属零件加热，在第二预设时间值内保持对双金属零件两端的加压，若对双金属零件两端的加压时间大于所述第二预设时间值，则停止对双金属零件的两端施加压力。

2.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述发热剂的组分包括铝微粒和三氧化二铬微粒，且所述铝微粒和三氧化二铬微粒的应用比例为1:1到1：1.5。

3.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述发热剂薄片的厚度为50-500μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，驱动所述涡流发生装置的方法包括：

通电频率为5-50赫兹；

通电电压为5-50伏；

通电时间为第一预设时间值，第一预设时间值为5-50秒。

5.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，对双金属零件两端施加压力的方法包括：

对双金属零件的两端施加的压力为1-10MPa；

施加压力的时间为第二预设时间值，所述第二预设时间值为2-20秒。

6.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述涡流发生装置包括：

感应机构，用于产生涡流，以使双金属零件产生热量；

石棉套，设置于所述感应机构内部，用于对夹持定位双金属零件。

7.根据权利要求6所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述感应机构包括：

一对半圆形感应盘管，所述半圆形感应盘管之间设置有铰接机构，以将所述半圆形感应盘管铰接在一起，所述半圆形感应盘管连接有供电装置和供水装置，所述供电装置用于对所述半圆形感应管通电，以使所述半圆形感应管产生涡流，所述供水装置用于对所述半圆形感应管内通水，以使所述半圆形感应管对双金属零件进行冷却降温。

8.根据权利要求1所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：

预设有时间对照表，所述时间对照表内设置有若干时间对照组；所述时间对照组包括第一预设时间值和第二预设时间值；

预设有焊接难度对照表，所述焊接难度对照表内设置有若干双金属零件参数组，所述双金属零件参数组内容包括双金属零件的材质参数以及双金属零件的尺寸参数；

所述双金属零件参数组和所述时间对照组相关联，以在满足所述时间对照组的条件下，使关联的所述双金属零件参数组所对应的双金属零件能够合焊接合格。

9.根据权利要求8所述的一种基于自发热感应涡流加热的双金属焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：

预设有施压对照表，所述施压对照表内设置有若干个压力值，且每个所述压力值跟所述双金属零件参数相关联，以在双金属零件的两端施加的压力达到所述压制值且满足所述时间对照组的条件下，双金属零件能够焊接合格。

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