[发明专利]铝板和钢板电磁脉冲焊接方法

说明书

本发明属于应用焊接技术领域，具体公开了铝板和钢板电磁脉冲焊接方法，在铝板的待焊接面上均匀涂覆氧化锆，然后将铝板和钢板的待焊接面正对，最后使用电磁脉冲焊接铝板和钢板。该方法能有效阻碍铝铁金属间化合物的产生，减少钢块夹杂在焊接接头内，从而提高铝/钢电磁脉冲焊接强度。

技术领域

本发明涉及应用焊接技术领域，具体涉及铝板和钢板电磁脉冲焊接方法。

背景技术

为了降低能耗，实现“绿色制造”，轻量化设计是最直接最有效的手段，因此，铝及铝合金等轻质、耐蚀性好的材料成为传统钢材的替代品，铝/钢复合结构在航空航天、船舶制造、铁路等领域应用的越来越多，特别是汽车领域铝合金代替钢成为产品设计的重点，然而，由于铝合金与钢的熔点相差很大，采用钎焊或熔焊的方法，铝合金熔化时，钢仍处于固态，继续增加能量至钢熔化后，铝合金密度小于钢，液态铝合金浮于钢液上，无法得到成分均匀的焊缝；还由于铝合金与钢的热导率、膨胀系数、比热等都存在较大的差异，造成焊接过程非对称温度场和较大的接头残余应力；铝/钢焊接最主要的问题是生成金属间化合物，由于二者的固溶度较小，且该体系的反应驱动力很高，富铝的铝-铁金属间化合物在较短的时间内，通过液态铝-液态钢直接反应、液态铝-固态钢界面反应或固态铝-固态钢界面扩散即可生成金属间化合物（Fe₂Al₃、FeAl₂、FeAl₃），当达到一定厚度时，脆性金属间化合物在很小的应力下就会开裂，直接决定接头安全使用。所以，选择适合铝/钢异种金属高强度焊接方法成为焊接领域研究的热点。

目前，学者们采用钎焊、熔钎焊、固相焊等方法用于铝/钢的焊接。采用炉中钎焊、超声钎焊铝/钢时，通过控制反应温度、时间及钎料成分等有效地控制界面反应物，但是，铝/钢钎料一直没有突破进展，依然使用铝硅钎料或锌基钎料，钎焊接头脆性较大；有些学者利用激光熔钎焊、电弧熔钎焊方法提高铝/钢接头强度，若同时保证熔焊和钎焊两部分接头的有效连接，需要相对较大的热输入，造成金属间化合物长大，也不能保证接头成分均匀性；固相焊过程中母材都保持固相状态，界面温度较低，很大程度上减缓脆性金属间化合物生成，然而，真空扩散焊、摩擦焊、搅拌摩擦焊等固相焊方法受到焊件形状、尺寸的限制，使其不能完全解决铝/钢的焊接问题。

众所周知，电磁脉冲焊接是利用电磁感应圈从脉冲发生器产生短暂而强大的电流，使一个工件高速冲击另一工件后瞬间完成的焊接，属于固态免加热、无需冷却、无需助焊剂及无需辅材消耗的过程，可根据工件形状、尺寸改变线圈结构而完成焊接的一种高效、环保新工艺。电磁脉冲焊接涉及电磁学、材料学、弹塑性力学、动力学等多学科交叉，成形系统复杂。

虽然目前已有文献对铝钢电磁脉冲焊接性能进行研究，例如：郭明发表的硕士论文《基于LS-DYNA的铝板电磁脉冲焊接过程的模拟》；迟露鑫等发表的《铝/不锈钢电磁脉冲焊接界面组织性能分析》，后者对电磁脉冲焊接工艺参数进行了优化，但是仍然存在铝/钢焊接接头强度低，界面金属间化合物多，特别是焊接接头存在块状钢等问题。所以怎样提高铝/钢电磁脉冲焊接性能，减少界面金属间化合物的产生，减少块状钢夹杂在焊接接头是亟待需要解决的技术问题，否则将严重限制铝/钢复合结构在制造业中的应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供能有效阻碍铝铁金属间化合物的产生，减少钢块夹杂在焊接接头内，从而提高铝/钢电磁脉冲焊接强度的铝板和钢板电磁脉冲焊接方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

铝板和钢板电磁脉冲焊接方法，在铝板的待焊接面上均匀涂覆氧化锆，然后将铝板和钢板的待焊接面正对，最后使用电磁脉冲焊接铝板和钢板。

进一步地，铝板和钢板电磁脉冲焊接方法具体包括以下步骤：

（1）在铝板的待焊接面上均匀涂覆氧化锆溶液，然后在室温条件下干燥备用；