[发明专利]一种抑制铝基复合材料上聚焦电子束焊接母材熔化的方法

说明书

一种抑制铝基复合材料上聚焦电子束焊接母材熔化的方法，以解决电子束上聚焦焊接方式对中厚板铝基复合材料进行焊接，铝基复合材料上部熔化量过大，导致增强相聚集长大、增强相分布不均及增强作用减弱的问题。方法：一、将待焊接的两块铝基复合材料母材对接面及两个过渡层进行焊前预处理；二、组装过渡层和铝基复合材料母材；三、将过渡层和铝基复合材料母材的组件装入在夹具中，并放入真空舱内进行抽真空；四、焊接采用上聚焦电子束对弯折段上表面进行往复多次加热，利用夹具向铝基复合材料母材对接面施加压力F，弯折段将热量传递至过渡层的竖直段，待铝基复合材料母材在真空舱中冷却至常温，取出焊件；五、修整焊件。本发明用于电子束焊接。

技术领域

本发明涉及一种电子束焊接技术，具体涉及一种抑制铝基复合材料上聚焦电子束焊接母材熔化的方法。

背景技术

金属基复合材料一直是国防科技领域的重要材料，具有轻质、高强的特点。其中铝基复合材料制造方便，可加工性强，且兼具抗疲劳、抗腐蚀以及高耐磨等优点，在航空航天、轨道交通、电气电子等领域具有极为广泛的应用。关于铝基复合材料的焊接问题一直是研究的热点，由于在高温下铝基复合材料增强相易偏聚、长大，且易发生界面反应形成脆性相，因此铝基复合材料焊接性较差。电子束焊接时能量密度较大，瞬态熔池温度极高，更加剧了铝基复合材料增强相的长大和脆性相的生成，导致接头成形不良及性能恶化。

中国专利号为201210543547.7、公开日为2013年3月13日的发明专利公开了一种SiCp/Al复合材料电子束辅助热挤压扩散连接方法，该专利属电子束上聚焦焊接方法，该专利采用上聚焦电子束加热母材，同时向母材对接面施加压力，使母材在热输入和压力共同作用下形成扩散连接，可有效减小熔化烧损区域；但是，该专利只能对薄板(2mm以下)进行焊接，该专利无法对中厚板(5mm～10mm)的铝基复合材料进行焊接，因为，该方法在焊接中厚板(5mm～10mm)的铝基复合材料时，电子束加热时间需要延长，这样就会导致铝基复合材料母材上部热输入过大，导致熔化量大，熔化区域深度超过了母材厚度的50％，高温停留时间过长，必然造成母材上部的增强相发生聚集长大，导致增强相分布不均，增强作用减弱。因而，减小母材上部熔化量，是实现电子束上聚焦焊接铝基复合材料应用价值的关键。

发明内容

本发明为了解决采用电子束上聚焦焊接方式对中厚板铝基复合材料进行焊接，铝基复合材料上部熔化量过大，导致增强相聚集长大、增强相分布不均及增强作用减弱的问题，而提供一种抑制铝基复合材料上聚焦电子束焊接母材熔化的方法。

本发明的一种抑制铝基复合材料上聚焦电子束焊接母材熔化的方法，所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、焊前预处理：将待焊接的两块铝基复合材料母材对接面及两个过渡层进行焊前预处理；

步骤二、组装过渡层和铝基复合材料母材：将两片过渡层夹在两块铝基复合材料母材对接面之间，过渡层的材质为铜，过渡层的上端应高出铝基复合材料母材上表面，其高出部分为弯折段，两个弯折段分别向外侧弯折，弯折段的弯折长度为1mm～3mm，弯折段与铝基复合材料母材的上表面之间的夹角为10°～20°，两块铝基复合材料母材之间的对接面上下的错边量不超过0.2mm；

步骤三、抽真空处理：将步骤二中的过渡层和铝基复合材料母材的组件装入在夹具中，将装夹后的过渡层、铝基复合材料母材及夹具组件放入真空舱内进行抽真空处理；

步骤四、上聚焦电子束焊接：焊接采用上聚焦电子束对弯折段上表面进行往复多次加热，上聚焦电子束作用在弯折段的时间为120s，同时利用夹具向铝基复合材料母材对接面施加压力F，弯折段将热量传递至过渡层的竖直段，直至竖直段熔化后与铝基复合材料母材熔为一体后结束焊接，待铝基复合材料母材在真空舱中冷却至常温，取出焊件；

步骤五、修整焊件：采用铣床铣掉铝基复合材料母材上表面多余的过渡层，至此，完成铝基复合材料非接触式电子束焊接。