CN116511688A - 一种减少电磁脉冲焊接时粒子流冲击金属表面凹坑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明应用于焊接领域，具体公开一种在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑的方法。根据电磁脉冲焊接产生金属粒子流运动规律及分布特征，首先在金属板待焊接面确定粒子滞留区范围，然后在该区域添加绝缘防护层，例如，采用粘贴PVC绝缘胶带和涂刷SiO2绝缘胶作为防护层，将金属板焊接区域中心置于线圈中梁中心正上方，进行搭接焊接。焊接时，碰撞点的金属相互挤压变形，甚至破裂、脱离母材、并沿着焊接方向高速运动，焊接结束后，粒子流滞落在焊缝外侧金属表面，因此，在粒子滞留位置设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成撞击凹坑、粒子流粘连等缺陷，这有效提高了金属电磁脉冲焊接接头质量和延长焊件的使用寿命。
Description
技术领域：
本发明属于应用焊接技术领域，具体涉及在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法。
背景技术：
目前，针对提高金属电磁脉冲焊接质量的研究主要集中在焊接工艺优化，例如，线圈设计、不同焊接能量、不同搭接间隙以及改变碰撞角度等方法；由于电磁脉冲焊接时间短，焊接过程复杂，还较少关于复板高速冲击基板产生金属粒子射流分布规律的相关研究，大都关注减少界面金属间化合物，提高接头性能的研究。因此，为减少高速运动的金属粒子冲击金属板表面造成凹坑，本专利通过在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑、粒子粘连等凹坑的方法，提高焊接接头质量。
发明内容：
鉴于目前技术存在的不足，本发明提供一种减少粒子冲击金属板表面造成凹坑、粒子粘连等凹坑的方法，该方法在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，不仅可以减少粒子冲击金属板表面造成凹坑和粒子粘连等缺陷，而且焊接结束，可除掉防护层揭，维持原有焊接结构又能减少接头污染，这有助于提高金属电磁脉冲焊接接头质量和延长使用寿命。
本次发明采用以下技术方案实现
在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑、粒子粘连等凹坑的方法，包括两个平板件，利用导电性与塑性相对较好的金属板作为驱动板，另一块金属板作为基板，以搭接形式完成焊接。焊前，使用无水乙醇将金属板待焊接表面清洗干净，在金属板待焊接面的粒子滞留区域粘贴0.2～0.8mm厚PVC绝缘胶带，然后，在胶带表面涂刷一层0.1～0.2mm厚的绝缘胶SiO2作为防护层，待凝固后进行焊接；驱动板中心放置于线圈中梁中心正上方，将另一块金属平板作为基板，以搭接的方式进行焊接，并调整两平板搭接间隙，保证两板待焊接区的中心对准线圈中梁；焊接过程中飞溅的粒子冲击金属板，由于缘胶带与绝缘胶的防护，所以不会对金属板造成撞击凹坑，粒子粘连等问题，提高焊接接头质量延长使用寿命。
进一步地，具体实施步骤
(1)首先，将未设置防护层的焊件沿着焊缝剥离，然后，测量金属粒子滞留平板表面区域的大小。
(2)步骤(1)确定粒子滞留区域后，焊前，使用无水乙醇清洗金属板待焊面，并划出粒子流在平板表面的滞留区域，将0.2～0.8mm厚PVC绝缘胶带作为防护层，平整的粘贴在粒子滞留区域。
(3)步骤(2)在粘贴的绝缘胶带表面涂刷一层绝缘胶SiO2作为第二道防护层。
(4)将导电性与塑性较好的金属板作为驱动板，另一块作为基板，调整两板间隙，两板待焊接区域的中心对准线圈中梁，以搭接的方式进行焊接。
(5)调节设备，设置与未加防护层的检测焊件相同焊接参数，如放电电压、放电频率及搭接间隙等，保证放电产生相同分布规律的电磁力驱动金属板高速撞击基板完成焊接。
(6)焊接结束，揭除粘贴在粒子滞留区域的绝缘胶带。
进一步具体，步骤(1)将未设置防护层的焊件沿着焊接方向拉伸，然后，在焊接结束位置，测量金属粒子滞留金属板表面的宽度为0.3～3.0mm。
进一步具体，步骤(2)焊前在金属板待焊接表面划定粒子滞留区域0.3～3.0mm后，将0.2～0.8mm厚的PVC绝缘胶带裁剪与粒子滞留区域尺寸一致，粘贴在该区域，并保持表面光滑平整。
进一步具体，步骤(3)在粘贴的胶带上涂刷一层0.1～0.2mm厚的SiO2绝缘胶，等待凝固后保持表面平整光滑。
进一步具体，步骤(4)与(5)设置与未加防护层的检测焊件相同焊接参数，两金属板待焊接面相对，搭接间隙1.0～3.0mm，搭接长度40～50mm，电压10～16KV，频率14～18KHZ等进行焊接。
进一步具体，步骤(6)焊接完成后，将粘贴在粒子滞留区域的绝缘胶带直接揭除，要将防护层全部清理干净。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果。
(1)本发明提供一种减少电磁脉冲焊接时粒子流冲击金属表面凹坑的方法，在金属板焊接面的粒子滞留区设置绝缘防护层，使用PVC胶带粘贴具有一定稳定性，在焊接过程中不会发生移动或者脱落现象；粘贴位置是非焊缝位置，不会影响焊接；焊接结束后可以揭除PVC胶带，在保持焊件原有焊接结构的前提下，又保证该区域干净无污染。
(2)本发明提供一种减少电磁脉冲焊接时粒子流冲击金属表面凹坑的方法，粘贴的PVC胶带与SiO2胶都是绝缘物质，不会影响焊接过程中电磁能的变化，保证电磁能量不会产生其他消耗，提高能量使用率。
(3)本发明提供一种减少电磁脉冲焊接时粒子流冲击金属表面凹坑的方法，在金属粒子滞留位置设置防护层后，减少粒子冲击金属板表面造成撞击凹坑、粒子流粘连等缺陷，这有效提高了金属电磁脉冲焊接接头质量和延长焊件的使用寿命。
附图说明：
图1-设置绝缘防护层的金属板电磁脉冲焊接示意图。
图2-设置绝缘防护层的金属电磁脉冲焊接的粒子滞留示意图
图3-未设置防护层的铝/钢断口宏观形貌
图4-未设置防护层的铝/钢焊缝前沿粒子滞留范围与微观形貌
图5-未设置防护层的铝/铜断口宏观形貌
图6-未设置防护层的铝/铜焊缝前沿粒子滞留范围与微观形貌
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明
本发明通过焊接前在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法，焊接示意图如图1所示，将驱动金属板2放置在焊接线圈1中梁中心正上方，绝缘防护层3粘贴在金属板焊接面的粒子滞留区，使用绝缘垫块4调整搭接间隙5，将基板6以搭接方式放置于上方，使用绝缘压板7将整个焊接平台固定住；调节设备释放电流通过线圈8激发磁场，电磁力驱动金属板撞击基板实现金属冶金结合完成焊接。
焊前，在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层如图2(a)示意图，驱动板在瞬态磁场中受到超强电磁力发生塑性变形，并以高速高压状态下撞击基板；碰撞点的金属相互挤压变形，甚至破裂、脱离母材、并向平板外侧沿着焊接方向高速运动，随着焊接结束，高速粒子流滞落焊缝结束位置外侧金属表面如图2(b)示意图；由于粒子流具有一定冲击能量，直接撞击到金属板上容易造成撞击凹坑、粒子流粘连等缺陷；若在金属板的粒子滞留区域添加绝缘防护层，使飞溅的金属粒子流撞击在防护层上如图2(c)，减少粒子冲击金属板表面造成撞击凹坑、粒子流粘连等缺陷，这有效提高了金属电磁脉冲焊接接头质量和延长焊件的使用寿命。
本发明根据金属材料特性与尺寸调整焊接参数，接通电源释放电流激发瞬态磁场，驱动板在瞬态磁场中受到电磁力，产生变形同时向上移动，高速高压状态下撞击基板，短时间内实现金属冶金结合完成焊接。具体为，将驱动金属板放置在焊接线圈上方，使用绝缘垫块调整间隙搭接方式放置基板，将两板待焊接面相对，焊接区域中心对准线圈中梁中心，利用压板将整个焊接平台固定防止碰撞过程中发生松动。
实施案例1
铝合金板和不锈钢的板尺寸为120×55×2mm3，焊接前在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法具体步骤如下：
(1)首先，利用拉伸机将未设置防护层的铝/钢焊件沿着焊缝位置分离，然后，测量分析粒子滞留在平板表面区域的大小。
(2)不锈钢板的焊缝区域宽度约7.19mm，粒子飞越区宽度约0.65mm，滞留区域宽约0.79mm。
(3)铝合金板的焊缝区域宽度约7.37mm，粒子飞越区宽度约0.68mm，滞留区域宽度约1.77mm。
(4)粒子滞留区域确定后，焊接前，对铝合金与不锈钢金属板待焊接面使用无水乙醇清洗干净。
(5)在铝/钢金属板的焊接中心位置确定好焊缝宽度约7.40mm，分别再向两侧扩展约0.7mm后，再划定不锈钢板粒子滞留区域宽约1.0mm，铝合金板粒子滞留区域宽约2.0mm。
(6)划定好粒子滞留范围后，将0.3mm厚PVC绝缘胶带分别裁剪两块与其相等尺寸55×1mm2和55×2mm2。
(7)将裁剪后的胶带分别粘贴在金属板上的粒子滞留区域，并保证粘贴后表面依然平整干净。
(8)将绝缘胶SiO2搅拌均匀涂刷在胶带表面，涂刷厚度0.1mm，涂刷后保持表面光滑平整，放置于干燥环境等待凝固。
(9)铝合金板为驱动板，不锈钢板为基板，将两板焊接中心位置对准线圈中梁中心，设置与未加防护层的铝/钢焊件相同焊接参数，搭接长度45mm、搭接间隙2.5mm、电压15kv、电流700KA、频率16KHZ等，接通电路进行焊接。
(10)设置防护层的铝/钢金属板焊接结束后，将粘贴在粒子滞留区域的绝缘胶带揭除干净。
将本实施案例进行焊接如图3和4，将未设置防护层的铝/钢焊件沿着焊缝剥离如图3，焊接时，飞溅的粒子向平板外侧沿着焊接方向高速运动，滞落在焊缝结束位置外侧金属表面，由于没有防护层的保护，导致大量的粒子流粘连在滞留区如图4(a)和I区的(c)，和撞击凹坑如图4(b)和II区的(d)，这严重影响焊件的质量和使用寿命；若在金属粒子滞留位置设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成撞击凹坑、粒子流粘连等缺陷，这有效提高了金属电磁脉冲焊接接头质量和延长焊件的使用寿命。
实施案例2
铝合金板和铜板尺寸为120×55×2mm3，焊接前在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法具体步骤如下：
(1)利用拉伸机将未设置防护层的铝/铜焊件沿着焊缝位置进行分离。
(2)对分离后的铝/铜接头处进行测量分析粒子滞留区域范围。
(3)铜板的焊缝区域宽度约7.46mm，粒子飞越区宽度约0.82mm，滞留区域约2.62mm。
(4)铝合金板的焊缝区域宽度约7.52mm，粒子飞越区宽度约0.60mm，滞留区域约2.72mm。
(5)粒子滞留区域的确定后，焊接前，对铝合金与铜板的待焊接面使用无水乙醇清洗干净。
(6)在铜板与铝合金板焊接区域中心位置确定好焊缝宽度约7.50mm，分别再向两侧扩展约0.8mm和0.6mm为粒子飞跃区，再划定铜板和铝合金板粒子滞留区域宽都约为3.0mm。
(7)划定好粒子滞留范围后，将0.4mm厚PVC绝缘胶带裁剪四块与其相等尺寸55×3mm2，粘贴在粒子滞留区域，并保证粘贴后表面依然平整干净。
(8)绝缘胶SiO2搅拌均匀涂刷在胶带表面，涂刷厚度0.15mm，涂刷后保持表面光滑平整，放置于干燥环境等待凝固。
(9)铝合金板为驱动板，铜板为基板，两板焊接中心位置对准线圈中梁中心，设置与未加防护层的铝/铜焊件相同焊接参数，搭接长度50mm、搭接间隙2.0mm、电压16kv、电流730KA、频率18KHZ等，接通电路进行焊接。
(10)焊接结束后，将粘贴在粒子滞留区域的绝缘胶带揭除干净。
将本实施案例进行焊接如图5和6，未设置防护层的铝/铜焊件沿着焊缝剥离如图5焊缝宏观形貌，粒子滞留在金属板上的区域图6，相对比铝/钢粒子滞留宽度范围较大，但同样出现粒子粘连如图6(a)和I区(c)，撞击凹坑图6(b)和II区(d)等问题，这些损伤对工件的寿命和使用性能都具有一定的危害；若在滞留区域使用绝缘胶带与绝缘胶防护，飞溅出的粒子流冲击到该区域时，由于具有较厚和较为坚固的绝缘胶带与绝缘胶双层保护，确保了焊接接头处金属板不受损伤，提高焊接质量延长使用寿命。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑、粒子粘连等凹坑的方法；其特征主要在于，先在金属板待焊接面的粒子滞留区覆盖一层绝缘材料作为防护，例如，粘贴0.2～0.8mm厚的PVC绝缘胶带，然后，在胶带表面涂刷0.1～0.2mm厚的SiO2绝缘胶作为防护层，并将两块金属板焊接区域中心置于线圈中梁中心正上方，再进行焊接，结束后揭除防护层。
2.根据权利要求1中所述在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)首先将未设置防护层的焊件沿着焊缝剥离，然后，测量金属粒滞留平板表面的区域的大小。
(2)根据步骤(1)确定粒子滞留区域后，焊前，使用无水乙醇清洗金属板待焊面，并划出粒子流在平板表面的滞留区域，将0.2～0.8mm厚PVC绝缘胶带作为防护层粘贴在粒子滞留平板表面的区域。
(3)根据步骤(2)粘贴绝缘胶带后，在粘贴的绝缘胶带表面涂刷一层0.1～0.2mm厚易凝固的绝缘胶SiO2作为第二道防护层。
(4)利用导电性与塑性相对较好的金属板作为驱动板，并将待焊板中心放置于线圈中梁中心正上方，将另一块金属平板作为基板，以搭接的方式进行焊接，并调整两平板搭接间隙，保证两板焊接区的中心对准线圈中梁。
(5)设置与未加防护层的检测焊件相同焊接参数，如放电电压、放电频率及搭接间隙，保证放电产生相同分布规律的电磁力驱动金属板高速撞击基板完成焊接。
(6)焊接结束，揭除粘贴在粒子滞留区域的绝缘胶带。
3.根据权利要求1或者2中所述的在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑的方法，其特征在于步骤(1)首先将未设置防护层的焊件沿着焊接方向拉伸，然后，在焊接结束位置，测量金属粒子滞留金属板表面的宽度为0.3～3.0mm。
4.根据权利要求2中所述在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑的方法，其特征在于步骤(2)焊前在金属板待焊接表面划定粒子滞留区域后，将PVC绝缘胶带裁剪与粒子滞留区域一致的尺寸，并将绝缘带粘贴在该区域并保持表面光滑平整。
5.根据权利要求2中所述的在金属板焊接面的粒子滞留区设置防护层，减少粒子冲击金属板表面造成凹坑的方法，其特征在于步骤(3)中PVC绝缘胶带质地柔软且容易破损，在PVC绝缘胶带表面涂刷一层绝缘胶SiO2，绝缘胶凝固后，形成质地坚硬且不易破损的防护层，保证了飞溅的金属粒子不会击穿防护层对金属板造成凹坑。
6.根据权利要求2中所述的在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法，其特征在于步骤(2)和(3)中胶带与胶要具有良好的绝缘性能，由于焊接过程中有大量电磁能进行释放，所以使用绝缘材料不会影响焊接过程中电磁能的变化；绝缘胶带与绝缘胶不能过薄，否则飞溅的粒子会击穿防护层依然会对金属板造成凹坑；绝缘胶带与绝缘胶不能厚，否则在焊接过程中会影响碰撞角度与速度等。
7.根据权利要求2中所述的在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法，其特征在于步骤(4)和(5)中根据不同焊接材料，选择不同焊接参数如放电电压、放电频率分别为10～16KV、14～18KHz等进行焊接，以此保证绝缘胶防护良好的焊接接头。
8.根据权利要求2中所述的在金属板待焊接面的粒子滞留区域设置防护层，减少粒子冲击金属板造成凹坑的方法，其特征在于步骤(6)中完成焊接后，揭除粘贴焊件上的PVC绝缘胶带，在保持焊件原有焊接结构的前提下，保证了粒子滞留区不产生凹坑的同时，又保证该区域干净无污染。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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