[发明专利]利用示踪粒子追踪电磁脉冲焊接金属射流的方法

说明书

本发明属于应用焊接技术领域，具体公开了利用示踪粒子追踪电磁脉冲焊接金属射流的方法，包括铝板和钢板；铝板水平放置后，在铝板待焊接面上打一盲孔，再往盲孔内添加入氧化锆粉末并把盲孔刚好填满；然后以铝板为复板，钢板为基板，在焊接夹具工装上组装铝板和钢板，铝板和钢板之间保持一定的搭接长度和搭接间隙；所述铝板和钢板搭接所形成的平面为待焊接面；铝板下方设有线圈，钢板上方设有压板；在使用电磁脉冲焊接铝板和钢板，最后分析焊接面的氧化锆粉末分布即为铝板和钢板焊接金属射流分布。该方法能有效掌握铝板和钢板电磁脉冲焊接瞬间两金属板表面形成金属射流分布，从而有利于分析两金属板的焊接性，实现铝和不锈钢的高强度电磁脉冲焊接。

技术领域

本发明涉及应用焊接技术领域，具体涉及利用示踪粒子追踪电磁脉冲焊接金属射流的方法。

背景技术

当前，随着工业的快速发展，对资源的需求在大幅增加，势必导致资源的匮乏。如何解决这一问题便成了当下思考的主题，为此，“能耗低、绿色环保、轻量化”就成了当前突破的重要手段。因此，分布广、储量多、耐腐蚀的轻金属铝及其铝合金引起制造业的广泛关注，并且成为了传统钢材最好的替代品之一。近年来，铝钢复合材料在工业上得以广泛的应用，尤其是在于能源化工、轨道交通、汽车船舶、航空航天等领域的应用越来越多，其中最为普遍的是汽车制造业。然而，利用传统焊接方法无法得到力学性能优良的焊接接头，因为铝钢材料物性参数相差较大，从焊接性能来看：铝和不锈钢的熔点相差较大，铝的熔点约为660℃，不锈钢的熔点约为1399℃~1455℃；两者线膨胀系数差别太大，冷却凝固时的体积收缩率相差也较大，导致焊接后接头形成较大的残余应力，产生焊缝开裂；铝与不锈钢易形成Fe-Al、Fe-Al-Mn等脆性化合物相；从焊接表面来看：铝表面稳定性极高的氧化膜及不锈钢表面的氧化铬阻碍高效焊接，铝的氧化膜Al₂O₃，其熔点高达2050℃，远高于铝/不锈钢本身的熔点，焊接过程中极易形成夹渣；焊接过程氧化膜吸收水分，焊接时容易产生气孔。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。

电磁脉冲焊接是一种基于电磁成形的焊接技术，其本质就是冷压焊连接技术，将固相连接与高速成形技术集于一体，这种焊接方法可以用于同种金属材料、异种金属材料以及金属材料与非金属材料，且整个焊接过程简单、易控制、环保高效、无需其他外界辅助。电磁脉冲焊接是在强磁脉冲作用下，焊接试件高速撞向另一个试件，两个焊表面在高速碰撞作用下产生金属射流，清理工件表面氧化膜，在微秒内完成焊接过程。

截至目前，研究成果主要集中在铝钢电磁脉冲焊接工艺研究，针对电磁脉冲连接机理研究较少，但是要提高铝板和钢板电磁脉冲焊接性能，了解电磁脉冲焊接金属表面射流分布尤其重要，而这方面的研究较少。

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利用示踪粒子追踪电磁脉冲焊接金属射流的方法，该方法可以有效通过焊接面示踪粒子分布情况得到电磁脉冲焊接碰撞瞬间铝板和钢板焊接界面金属射流的分布情况，进而有助于对电磁脉冲焊接机理进行研究，提高焊接接头性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

利用示踪粒子追踪电磁脉冲焊接金属射流的方法，包括两工件，其中一工件是铝板，另一工件为钢板；铝板水平放置后，在铝板待焊接面上打一盲孔，再往盲孔内添加氧化锆粉末并把盲孔刚好填满，然后将铝板和钢板的待焊接面正对，再使用电磁脉冲焊接铝板和钢板，最后分析焊接面的氧化锆粉末分布即为铝板和钢板焊接金属射流分布。

进一步地，具体包括以下步骤：

（1）铝板水平放置后，在铝板待焊接面上打一盲孔，再往盲孔内添加氧化锆粉末并把盲孔刚好填满备用；

（2）以步骤（1）中的铝板为复板，钢板为基板，在焊接夹具工装上组装铝板和钢板，铝板和钢板之间保持一定的搭接长度和搭接间隙；所述铝板和钢板搭接所形成的平面为待焊接面；铝板下方设有线圈，钢板上方设有压板；