[发明专利]基于中间层阻隔控制的铝合金与钢的电子束焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及异种金属电子束焊接领域。

背景技术

铝合金具有密度低、比强度较高、塑性好、耐腐蚀等优点，是满足目前结构轻量化以节约能源、减轻环境污染要求的理想材料。在军舰上，甲板以上部位采用铝合金结构，不但可以大幅度降低舰体重量，节约燃油消耗，而且可以显著降低舰体的重心，增强抗风浪性能，进而提高航行速度和机动性。在汽车行业中，为了达到减重的目的，许多非承重或轻载部位的配件都采用铝合金结构。钢具有优异的综合机械性能，是工业中应用最为广泛的结构材料。在国内外工业生产中，采用“铝+钢”异种金属焊接结构的产品越来越多并实现了良好的经济效益与社会效益。因此，如何实现铝合金与钢接头的优质、可靠的连接已变得日益重要，引起了普遍的关注。对于铝合金与钢的焊接，熔化焊时接头产生大量连续分布的脆性Fe-Al金属间化合物，焊后极易在残余应力作用下开裂，很难实现二者可靠的连接，而钎焊、扩散焊、摩擦焊等方法制造的接头则受到接头形式以及生产效率的限制，难以得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是解决应用现有焊接方法对铝合金与钢进行焊接时，存在因产生大量脆性Fe-Al金属间化合物而导致焊接接头易断裂的问题，提供了一种基于中间层阻隔控制的铝合金与钢的电子束焊接方法。

基于中间层阻隔控制的铝合金与钢的电子束焊接方法，它的过程如下：

焊接前，在待焊的铝合金板材与钢板材的对接缝内，预置宽度为d、厚度为δ、纯度为p的银中间层，所述待焊的铝合金板材的厚度与钢板材的厚度均为d；然后用夹具将待焊的铝合金与钢以及银中间层固定后放入真空焊室内；然后，用小束流电子束进行点焊固定，然后进行焊接；

焊接时，令电子束流偏移银-钢接触面x距离，并令电子束流作用于银中间层上。

本发明的积极效果：本发明采用纯银作为中间层材料，通过电子束偏束方法及中间层的阻隔作用，抑制脆性Fe-Al金属间化合物的生成，获得无裂纹的电子束焊接接头，并得到很高的强度，工艺重复性好，焊接效率高。本发明属于异种金属电子束焊接领域，适用于汽车、造船等工业中铝/钢复合构件及航空航天铝/钢气密性部件的制造。

附图说明

图1为预置纯银中间层及点焊固定的操作示意图；图2为电子束流作用位置示意图。

具体实施方式

 具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的基于中间层阻隔控制的铝合金与钢的电子束焊接方法，它的过程如下：

焊接前，在待焊的铝合金板材与钢板材的对接缝内，预置宽度为d、厚度为δ、纯度为p的银中间层，所述待焊的铝合金板材的厚度与钢板材的厚度均为d；然后用夹具将待焊的铝合金与钢以及银中间层固定后放入真空焊室内；然后，用小束流电子束进行点焊固定，使中间层与对接面间的间隙低于0.10mm，然后进行焊接；

焊接时，令电子束流偏移银-钢接触面x距离，并令电子束流作用于银中间层上。

所述小束流电子束的电流通常为3-4mA；所述银-钢接触面表示银和钢的接触面。

图1和图2中，A为铝合金板材，B为钢板材，C为银中间层，D为电子束。

利用本实施方式，可以通过偏束控制铝-银接触面的温度，从而实现两者的良好连接；利用银中间层的阻隔作用，可防止大量的液态Fe原子和Al原子相互接触，从而能够抑制Fe-Al金属间化合物的生成，改善接头组织；同时，利用银中间层极好的塑性，可以缓解接头残余应力，最终提高接头强度。

电子束焊接技术具有能量密度高、热输入少、能量输入可精确控制、焊缝深宽比大、焊接变形小、焊缝及热影响区晶粒细、真空施焊不受空气污染等优点，在异种材料的连接中具有独特的优势。通过预置中间层金属，并通过电子偏束方法调整各母材的熔化比例，易于对接头组织进行控制，抑制焊接缺陷的生成，从而实现铝合金与钢的优质连接。

本发明采用纯银作为中间层材料，通过电子束偏束方法调整各母材的熔化比例，易于对接头组织进行控制，并能通过中间层的阻隔作用抑制脆性Fe-Al金属间化合物的生成，能够获得无裂纹的电子束焊接接头，并得到很高的强度，工艺重复性好，焊接效率高。本发明属于异种金属电子束焊接领域，适用于汽车、造船等工业中铝/钢复合构件及航空航天铝/钢气密性部件的制造。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一的基于中间层阻隔控制的铝合金与钢的电子束焊接方法的进一步限定，所述银中间层的厚度δ为1mm。