[发明专利]超声预制过渡带随后焊接制备异种材料接头的方法

说明书

技术领域

本发明属于异种材料焊连接领域，主要涉及利用超声滚压焊接预制过渡带制备异种材料接头的工艺方法，尤其利用超声滚压焊接获得的接头强度好且材料种类依赖性较低的优势，在异种材料直接焊接前通过超声固相结合方式在待连接材料表面预制过渡带，将异种材料间的直接焊接转化为冶金可容材料之间焊接的一种新型工艺方法。

背景技术

异种材料接头由于能够兼具两种金属的性能优点，因此在工业领域的应用越来越广，例如，铝/钢异种材料接头、铝/铜异种材料接头等。目前异种材料的焊接采用的较多的是熔焊和固相焊方法，如电子束焊、MIG焊、TIG焊等在异种材料接头的制作中都有所尝试。但是在进行异种材料焊接时，由于有些材料组对的原子在液相或者固相接触时，容易在焊缝中产生大量的脆性化合物，使得接头的性能极大的恶化。

以熔焊为例，尽管熔焊焊接异种金属是目前相对经济与实用的方法，而且灵活性强，熔焊方法多样，可以适用不同焊接情况。但是单纯利用熔焊技术焊接异种材料接头时，往往会在焊缝处产生硬而脆的金属间化合物，例如采用MIG焊直接连接铝和钢时，接头焊接区域会生成大量的脆性铁铝金属间化合物，即使通过优化焊接工艺保证了接头的静载力学性能，接头在实际应用中的动载力学性能也会由于这些脆性化合物相的存在大大地降低。

在对异种材料焊接的研究和实践中，本发明的发明人发现，可以通过超声滚压焊接的方式在其中一种待连接材料的表面通过金属箔层状堆叠的方式预制过渡带，然后再将过渡带与另一种待连接材料直接通过熔焊或钎焊或扩散焊的方式焊接在一起，以过渡带作为中间连接媒介，形成多区域过渡接头，避免脆性金属间化合物相的出现。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前异种材料接头直接焊接制备时，由于两种材料的直接冶金反应会在接头区域形成大量的脆性金属间化合物，使接头性能降低的问题，针对现有技术的不足，提出了一种成本低、接头性能好、对材料种类适用性广的超声预制过渡带随后焊接制备异种材料接头的方法。

本发明可以通过如下技术方案达到。

一种超声预制过渡带随后焊接制备异种材料接头的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、材料表面清理，采用砂纸或砂轮打磨的方式对需要在其上制备过渡带的待连接材料连接表面进行清理处理；

步骤二、金属箔的装卡，在上述打磨后的待连接材料表面放置至少一层金属箔，并利用卡具将金属箔与待连接材料的连接表面夹紧，使金属箔与待连接材料连接表面紧密接触；

步骤三、制备堆叠层，利用超声滚压焊接系统对金属箔施加压力与振动，将金属箔滚压焊接在待连接材料的连接表面或与待连接材料连接表面已经连接的前一层金属箔上，形成金属箔堆叠层；

步骤四、制备过渡带，采用超声滚压焊接系统自带可三维移动的铣刀，将堆叠层的未连接区域裁除，并根据另一种待连接材料的待连接表面的尺寸铣除堆叠层多余部分，获得形状尺寸符合要求的过渡带；

步骤五、最终焊接，将过渡带与另一种待连接材料通过直接焊接方法焊接在一起。

本发明所述的金属箔堆叠层可以由一层金属箔制备而成，也可以由两层以上金属箔通过多次超声滚压焊接叠加而成，以满足不同异种材料结构制作的技术要求。

本发明所述的金属箔可以是在化学成分上与未在其上预制过渡带的另一种待连接材料接近甚至相同的材料，亦可是与另一种待连接材料具有较好的冶金可容性即在后续焊接中不与其反应生成脆性金属间化合物的材料。

本发明所述的堆叠层可以是单一金属材料的金属箔堆叠而成，也可以由两种以上并具有较好固相连接性的金属材料的金属箔堆叠得到。

本发明所述的金属箔的厚度一般不大于1mm，并具有至少3mm的可超声滚压焊接宽度，使滚压堆叠得到的堆叠层尺寸足够大，从而可以满足后续焊接要求。

本发明所述的直接焊接方法包括熔焊或钎焊或扩散焊。

本发明所述的超声滚压焊接系统的压力、功率和频率均可调，压力最大可达1000N，功率在5000W以下，振动频率为10kHz-75kHz。

本发明所述的超声滚压焊接系统，滚轮的压力通过液压控制的方式进行调节，并且压力能够实时显示，从而易于实现金属箔的堆叠过程。同时在滚轮的后方，带有铣加工装置，可实现对堆叠层的后续机械加工。

本发明所述的超声滚压焊接系统的压头为可更换的滚轮，滚轮的表面可以是光滑表面，也可以是不同的交叉网纹表面，应该根据堆叠材料的不同选择滚轮的材料和表面花纹。