[发明专利]用于异种金属零件的熔焊超声波增材制造过渡

说明书

焊接组件和制造所述焊接组件的相关方法，包括：第一金属材料的第一部件；与所述第一金属材料不同的第二金属材料的第二部件；和过渡材料，所述过渡材料包括高熵合金、纯元素和并非高熵合金的合金中的一种或多种，并且布置在所述第一部件与所述第二部件之间并与它们接触。超声波焊接部将所述过渡材料结合到所述第一部件，而熔焊部将所述第一部件结合到所述第二部件。所述熔焊部接触所述第一部件、所述第二部件和所述过渡材料。所述熔焊部中的电化学腐蚀、金属间化合物和凝固裂纹中的一种或多种的量或水平小于所述第一部件直接熔焊到所述第二部件时的量或水平。

技术领域

本发明涉及用于异种金属零件的熔焊超声波增材制造过渡，特别是一种相关的焊接组件和一种制造相关的焊接组件的方法。

背景技术

通常通过使用粘合剂或机械紧固件来实现汽车工业中异种金属的结合。然而，机械紧固件需要增加重量、成本、零件和组装时间。粘合剂需要专门的设备、增加的生产节拍和使粘合剂固化到完全强度的单独的热循环。改变为不同的结合工艺通常需要工厂组装线中的新基础设施、花费附加的资本投资、线路重新设计和人员培训。

熔焊也通常用于结合两个金属件。然而，熔焊异种金属材料的障碍是金属间化合物(IMC)的形成，以及由焊池中不同熔融化合物的不同凝固温度范围引起的凝固或“热”裂纹和电化学腐蚀。IMC通常易碎并且可能导致接头强度弱，而热裂纹在焊接部冷却时在焊池中形成断裂，并且由于一种或多种基底金属在彼此电接触的同时暴露于电解质溶液引起的一种或多种基底金属侵蚀，电化学腐蚀可能导致接头失效。

避免IMC的形成和凝固裂纹的问题的一种方法是通过添加稀释焊池、优先形成可接受的化合物或者提供焊池中不相容元素的物理分离的填料来实现。填料通常在焊接之前预先放置在接头中，或者在焊接期间添加到焊池中，如自动保护金属极电弧焊(SMAW)、气体保护金属极电弧焊(GMAW)和气体保护钨极电弧焊(GTAW)的一些实例。

通过逐渐使用两种基底金属之间的具有电负性的中间材料来适应基底金属之间的电负性的变化，可以防止电化学腐蚀。另外地，通过在基底金属之间放置附加的填料，物理分离使得基底金属不太可能与电解质溶液同时接触，由此防止电化学腐蚀。

发明内容

根据一个方面，焊接组件包括：第一部件，其包括第一金属材料；第二部件，其包括与第一金属材料不同的第二金属材料；过渡材料，其布置在第一部件与第二部件之间并与它们接触。过渡材料包括高熵合金、纯元素和并非高熵合金的合金中的一种或多种。该组件还包括将过渡材料结合到第一部件的超声波焊接部，和将第一部件结合到第二部件的熔焊部。熔焊部接触第一部件、第二部件和过渡材料。熔焊部中的电化学腐蚀、金属间化合物和凝固裂纹中的一种或多种的量或水平小于在没有过渡材料布置在第一部件与第二部件之间并与它们接触的情况下第一部件直接熔焊到第二部件时的量或水平。

根据另一个方面，制造焊接组件的方法包括：提供超声波焊接到第一部件的过渡材料；将过渡材料布置在第一部件与第二部件之间，使得过渡材料接触第二部件；以及通过在第一部件与第二部件之间形成熔焊部将第一部件结合到第二部件。第一部件包括第一金属材料，第二部件包括与第一金属材料不同的第二金属材料，并且过渡材料包括高熵合金、纯元素和并非高熵合金的合金中的一种或多种。熔焊部接触第一部件、第二部件和过渡材料。在结合时，熔焊部中的电化学腐蚀、金属间化合物的形成和凝固裂纹中的一种或多种的量或水平与在没有过渡材料布置在第一部件与第二部件之间的情况下第一部件直接焊接到第二部件时相比有所减少。

附图说明

图1是根据本主题的包括电阻点焊和单层过渡材料的焊接组件的横截面视图。

图2是根据本主题的包括电阻点焊和多层过渡材料的焊接组件的横截面视图。

图3是根据本主题的包括电阻点焊之外的熔焊部和单层过渡材料的又一焊接组件的横截面视图。