CN1943957A - 一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 - Google Patents
一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1943957A CN1943957A CN 200610068958 CN200610068958A CN1943957A CN 1943957 A CN1943957 A CN 1943957A CN 200610068958 CN200610068958 CN 200610068958 CN 200610068958 A CN200610068958 A CN 200610068958A CN 1943957 A CN1943957 A CN 1943957A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnesium
- aluminium
- connection method
- diffusion welding
- welding connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，属于有色金属的焊接技术领域。步骤如下：连接前清理镁与铝的待焊工件表面，将镁与铝待焊工件置于真空室中，用上、下压头压紧，在高真空下实现镁与铝的快速扩散连接。快速加热和保温完成后，通过气动阀门控制和水循环快速冷却至100℃以下，然后关闭氮气和取出焊件，获得界面结合良好的镁－铝扩散焊接头。采用本发明的方法可获得不出现Mg－Al脆性化合物的焊接接头，接头界面区域无裂纹产生，扩散焊接头的界面剪切强度达26MPa，满足镁－铝异种复合构件的使用要求。该方法操作简便、成本低、适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于有色金属间的快速扩散焊连接方法，尤其涉及一种用于活性有色金属镁与铝的快速扩散焊连接方法工艺，属于有色金属的焊接技术领域。
背景技术
结构材料是工业装备的主要组成部分，其性能决定了工业装备的水平，新结构材料的不断研发是提高工业技术水平的重要支柱。其中新型有色金属材料是最重要的一类材料，地壳中金属含量最高的铝、镁均为有色金属。尤其是镁具有低密度、高比强度、高比刚度和可再回收利用等优点而成为人们关注的焦点，日益成为现代工业产品的理想材料，被誉为“21世纪新型的绿色环保工程材料”。
随着镁及镁合金在汽车零部件、电子产品及航空航天领域中的应用逐渐扩大，有望逐渐取代铝及铝合金零部件。在某些特殊场合下，还要求将镁与铝焊接成复合构件，以充分发挥镁与铝各自的性能优势，大大提高工业装备对轻质结构件的性能要求。但由于镁和铝表面极易形成氧化膜、二者的物理化学性能差异较大，所以焊接时接头处产生的热应力易导致焊接裂纹，焊接性差。此外，镁和铝焊接时，接头区还容易形成脆性的镁铝化合物，降低接头的强韧性，影响焊件的使用性能。
国内外有关镁与铝异种活性金属的焊接主要采用钨极氩弧焊、电子束焊和搅拌摩擦焊。例如，A.C.Somasekharan等人采用搅拌摩擦焊技术对镁与6061铝合金进行连接，由于搅拌摩擦焊是依靠搅拌头摩擦产生热量，使元素扩散和晶粒重新组合实现镁与6061铝合金之间的结合，因此对工件定位要求非常严格，只适合于平直接头，难以实现复杂接头的连接。A.Ben-Artzy等采用不同的焊丝作为填充金属，用钨极氩弧焊和电子束焊技术对纯铝与铸造镁合金进行焊接，发现在接头熔合区附近出现镁与铝的共晶组织，并且在镁合金一侧的熔合区附近容易形成连续脆性相，降低接头的强韧性。因此，解决镁与铝的焊接难题，实现镁与铝异种活性金属的可靠连接，制备出镁与铝的复合结构件，会大大推动镁及其合金在航空航天、电子及汽车领域的广泛应用。
发明内容
本发明针对现有镁与铝熔焊连接技术的不足，提出一种镁-铝异种金属的固态快速扩散连接的工艺。该项技术不需添加中间合金层，连接温度低，通过镁与铝表面的局部快速塑变在固态下扩散连接到一起，能够获得无裂纹、无脆性化合物的镁-铝扩散焊接头，接头剪切强度为26MPa(达到铝母材剪切强度的50％)，能够满足镁-铝异种复合结构的使用要求。
本发明的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，由下述步骤组成：
(1)焊前清理镁与铝的待焊工件表面，并拭净、吹干；
(2)将镁与铝待焊工件用上、下压头压紧，置于扩散焊真空室中，通过计算机程序控制，在高真空下实现镁与铝的快速扩散连接，工艺参数为：加热温度460～540℃，保温时间10～30min，压力0.05～0.10MPa，真空度1.33×10-4～1.33×10-5Pa；
(3)保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件，获得界面结合良好的镁/铝扩散焊接头。
其中，上述步骤(1)所述的焊前清理包括机械处理和化学处理。
其中，所述的机械处理是先用磨床加工，使镁和铝试样上、下表面平行，表面光洁度≥6级；再用金相砂纸打磨，使其表面粗糙度达到Ra 1.6～6.4μm，再用浓度为55％～60％酒精清洗、清水清洗。
其中，所述的化学处理是将镁和铝先在稀氢氟酸溶液中浸泡5～8min，然后水洗、丙酮清洗、最后吹干。稀氢氟酸溶液浓度10％～15％为宜。
其中，上述步骤(2)所述的加热是以10～15℃/min的升温速度加热到连接温度。
其中，上述步骤(3)所述的所述的快速冷却是以10～20℃/min的冷却速度冷却至100℃以下，关闭氮气。
其中，上述步骤(3)所述的冷却方式采用充氮气和水循环联合快速冷却方式。
扩散连接加热前，先使真空室中的真空度达10-5Pa，然后通过计算机程序控制将工件快速加热至连接温度，使镁、铝界面处于局部塑变状态，在随后的保温阶段镁与铝在界面处发生相互扩散，形成完整的结合。针对镁具有较大的热脆性，对温度、压力的影响较敏感这一特点，扩散连接过程的加热温度、保温时间、压力和冷却速度都是采用计算机精确控制的。
本发明的特点是在高真空中采用快速加热方法，使镁与铝接触表面发生瞬时塑性变形，实现原子之间的相互扩散结合，形成镁-铝扩散连接接头，不需添加中间合金层。这种扩散连接方法不仅能够提高焊接效率，还可以避免添加元素扩散到镁和铝母材中，生成其他类型的脆性化合物，影响接头的组织性能。
采用上述工艺方法可以获得不出现Mg-Al脆性化合物的焊接接头，接头界面区域无裂纹产生，扩散焊接头的界面剪切强度达26MPa(达到铝母材剪切强度的50％)，满足镁-铝异种复合构件的使用要求。该工艺操作简便、成本低、适用性强、便于推广应用。
具体实施方式
实施例1：直径50mm×3mm镁圆片与直径50mm×6mm铝圆片扩散连接，具体步骤如下：
扩散焊前将50mm×3mm镁圆片与直径50mm×6mm铝圆片的表面采用磨床加工，光洁度6级，然后用M280金相砂纸打磨，使其表面粗糙度达到Ra 3.0μm，再用浓度为59％酒精清洗、清水清洗。在10％稀氢氟酸溶液中浸泡5min、水洗、丙酮清洗、最后吹干。
试样处理后迅速将镁、铝圆片叠合置于扩散焊真空室中，用上、下压头压紧，以10℃/min的升温速度快速升温至480℃，保温时间20min，压力0.07MPa，真空度6.5×10-4Pa。保温完成后真空室采用充氮气与水循环联合快速冷却，真空室冷却至100℃以下，关闭氮气，打开炉门和取出焊件。得到的镁/铝复合圆片的扩散接头的界面剪切强度为22MPa。
实施例2：直径60mm×10mm镁管与直径60mm×10mm铝管的扩散连接，镁管和铝管的长度均为30mm，具体步骤如下：
扩散焊前将60mm×10mm镁管与直径60mm×10mm铝管的表面采用磨床加工，光洁度6级，然后用M280金相砂纸打磨，使其表面粗糙度达到Ra 5.0μm，再用浓度为59％酒精清洗、清水清洗。在15％稀氢氟酸溶液中浸泡6min、水洗、丙酮清洗、最后吹干。
试样处理后迅速将镁管、铝管叠合置于扩散连接真空室中，用上、下压头压紧，以15℃/min的升温速度快速升温至540℃，保温时间15min，压力0.09MPa，真空度6.5×10-5Pa。
保温完成后真空室采用充氮气与水循环联合快速冷却，真空室冷却至100℃以下，关闭氮气，打开炉门和取出焊件。得到的镁-铝复合管接头的界面剪切强度为24MPa。
Claims (7)
1.一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，步骤如下：
(1)连接前清理镁与铝的待焊工件表面，并拭净、吹干；
(2)将镁与铝待焊工件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，在高真空下实现镁与铝的快速扩散连接，工艺参数为：加热温度460～540℃，保温时间10～30min，压力0.05～0.10MPa，真空度1.33×10-4～1.33×10-5Pa；
(3)保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件，获得界面结合良好的镁-铝扩散焊接头。
2.如权利要求1所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，步骤(1)所述的焊前清理包括机械处理和化学处理。
3.如权利要求2所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，所述的机械处理是先用磨床加工，使镁和铝试样上、下表面平行，表面光洁度≥6级；再用金相砂纸打磨，使其表面粗糙度达到Ra 1.6～6.4μm，再用浓度为55～60％酒精清洗、清水清洗。
4.如权利要求2所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，所述的化学处理是将镁和铝待焊件先在稀氢氟酸溶液中浸泡5～8min，然后水洗、丙酮清洗、最后吹干。
5.如权利要求1所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，步骤(2)所述的快速加热是以10～15℃/min的升温速度加热到连接温度。
6.如权利要求1所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，步骤(3)所述的快速冷却是以10～20℃/min的冷却速率冷却至100℃以下。
7.如权利要求1所述的一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法，其特征在于，步骤(3)所述的冷却方式采用充氮气和水循环联合快速冷却方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200610068958XA CN100467186C (zh) | 2006-09-28 | 2006-09-28 | 一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200610068958XA CN100467186C (zh) | 2006-09-28 | 2006-09-28 | 一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1943957A true CN1943957A (zh) | 2007-04-11 |
| CN100467186C CN100467186C (zh) | 2009-03-11 |
Family
ID=38043726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB200610068958XA Expired - Fee Related CN100467186C (zh) | 2006-09-28 | 2006-09-28 | 一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100467186C (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101920393A (zh) * | 2010-09-25 | 2010-12-22 | 武汉理工大学 | 镁合金与铝合金的低温扩散焊接方法 |
| CN101518848B (zh) * | 2009-03-25 | 2011-06-01 | 山东大学 | 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法 |
| CN102155592A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-08-17 | 大连海事大学 | 一种铜钢双金属管端头结构及其密封焊接方法 |
| CN101444873B (zh) * | 2007-11-29 | 2012-07-11 | Smc株式会社 | 结合方法及其装置 |
| CN102569718A (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-11 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种大面积双金属片的粘接方法 |
| CN103143834A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-06-12 | 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 | 由多孔金属材料与金属材料形成结构件的制作方法 |
| CN109175659A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-11 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种金属复合产品结合界面定位方法 |
| CN109352160A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-19 | 太原理工大学 | 一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法 |
| CN110860776A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-06 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种用于低熔点合金的焊接装置及焊接方法和应用 |
| CN113714615A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-30 | 上海航天精密机械研究所 | 一种镁合金高真空扩散焊方法 |
| CN114799586A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-07-29 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种多功能复合构件连接与去应力的组合工艺方法 |
-
2006
- 2006-09-28 CN CNB200610068958XA patent/CN100467186C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101444873B (zh) * | 2007-11-29 | 2012-07-11 | Smc株式会社 | 结合方法及其装置 |
| CN101518848B (zh) * | 2009-03-25 | 2011-06-01 | 山东大学 | 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法 |
| CN101920393A (zh) * | 2010-09-25 | 2010-12-22 | 武汉理工大学 | 镁合金与铝合金的低温扩散焊接方法 |
| CN102569718A (zh) * | 2010-12-27 | 2012-07-11 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种大面积双金属片的粘接方法 |
| CN102155592A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-08-17 | 大连海事大学 | 一种铜钢双金属管端头结构及其密封焊接方法 |
| CN103143834A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-06-12 | 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 | 由多孔金属材料与金属材料形成结构件的制作方法 |
| CN109175659A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-11 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种金属复合产品结合界面定位方法 |
| CN109175659B (zh) * | 2018-10-31 | 2020-09-25 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种金属复合产品结合界面定位方法 |
| CN109352160A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-19 | 太原理工大学 | 一种高频脉冲连接铝/镁合金复合材料的制备方法 |
| CN110860776A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-06 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种用于低熔点合金的焊接装置及焊接方法和应用 |
| CN110860776B (zh) * | 2019-11-19 | 2021-07-20 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种用于低熔点合金的焊接装置及焊接方法和应用 |
| CN113714615A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-30 | 上海航天精密机械研究所 | 一种镁合金高真空扩散焊方法 |
| CN114799586A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-07-29 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种多功能复合构件连接与去应力的组合工艺方法 |
| CN114799586B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-04-11 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种多功能复合构件连接与去应力的组合工艺方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100467186C (zh) | 2009-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100467186C (zh) | 一种镁与铝异种金属间的快速扩散焊连接方法 | |
| CN100493795C (zh) | 超声钎焊铝基复合材料焊缝复合化方法 | |
| CN100349683C (zh) | 一种使铜－铝接头结合强度高的扩散钎焊方法 | |
| CN101518848B (zh) | 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法 | |
| Qian et al. | Effects of Fe—Al intermetallic compounds on interfacial bonding of clad materials | |
| CN104084658B (zh) | 一种镁合金与钢的接触反应扩散钎焊连接方法 | |
| CN103084714B (zh) | 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法 | |
| Gao et al. | Dissimilar welding of titanium alloys to steels | |
| Tucci et al. | Dissimilar friction stir lap welding of AA2198-AA6082: Process analysis and joint characterization | |
| CN1899747A (zh) | Ti－Al金属间化合物合金过渡液相扩散焊复合连接方法 | |
| CN105108257A (zh) | 一种过渡液相辅助固相连接方法 | |
| CN112894123A (zh) | 一种铝铜异种金属的搅拌摩擦焊接方法 | |
| Mahendran et al. | Developing diffusion bonding windows for joining AZ31B magnesium and copper alloys | |
| Li et al. | Laser welding of Ti6Al4V assisted with nanostructured Ni/Al reactive multilayer films | |
| Xu et al. | Improving hook characterization of friction stir lap welded Al alloy joint using a two-section stepped friction pin | |
| CN102284758B (zh) | 镁合金与铝合金异质非真空机械强迫旋转半固态钎焊方法 | |
| CN108857042A (zh) | 一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法 | |
| CN102229019B (zh) | 一种适合TiAl基合金材料与钛合金的氩弧焊方法 | |
| CN105665918A (zh) | 一种提高gh4099焊接接头强度的扩散焊方法 | |
| LIU et al. | Microstructures and mechanical properties of thin plate aluminium alloy joint prepared by high rotational speed friction stir welding | |
| He et al. | Hybrid joining mechanism of rivet plug oscillating laser welding for dual-phase steel and magnesium alloy | |
| CN102069290A (zh) | 扩散连接制备Fe3Al/Al复合结构的工艺 | |
| CN104191085A (zh) | 一种铝-钢-铝添加准晶中间层的低温扩散连接方法 | |
| Xu et al. | Characteristics of Torch-Offset Cold Metal Transition-Cycle Step Welding of 5052Al Alloy with T2 Copper via Al-12Si Filler | |
| JPH02160188A (ja) | Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金の接合方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shandong Luneng en wing Pava Motor Co. Ltd. Assignor: Shandong University Contract fulfillment period: 2009.5.20 to 2026.9.27 contract change Contract record no.: 2009370000289 Denomination of invention: Fast expansion welding connection method for magnesium and aluminium dissimillar metals Granted publication date: 20090311 License type: Exclusive license Record date: 2009.9.16 |
|
| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.5.20 TO 2026.9.27; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: SHANDONG LUNENG AE POWER SYSTEM ELECTRIC MACHINE C Effective date: 20090916 |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANDONG LUNENG E POWER SYSTEM CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHANDONG UNIVERSITY Effective date: 20100621 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 250061 NO.73, JINGSHI ROAD, LIXIA DISTRICT, JINAN CITY, SHANDONG PROVINCE TO: 250300 LUNENG INDUSTRY PARK, CHANGQING DISTRICT, JINAN CITY, SHANDONG PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100621 Address after: 250300 Luneng Industrial Zone, Changqing District, Shandong, Ji'nan Patentee after: Shandong Luneng en wing Pava Motor Co. Ltd. Address before: 250061, No. ten, No. 73, Lixia District, Ji'nan City, Shandong Province Patentee before: Shandong University |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090311 Termination date: 20150928 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |