[发明专利]一种螺母与金属板的电流辅助压力固态焊接方法

说明书

本发明涉及一种螺母与金属板的电流辅助压力固态焊接方法，该方法为：采用电流施加到正处于塑性变形的螺母与金属板上，实现固态焊接，具体包括以下步骤：(1)将螺母和金属板的待焊表面打磨、清洗；(2)将螺母放置到金属板上，组成待焊工件，并利用压头对待焊工件施加预压力；(3)然后使压头以一定的速度向下压缩待焊工件；同时将电流施加到待焊工件上，开始焊接；(4)当电流和向下压缩都停止时，焊接完成，撤去电流、卸载压力，取下焊接件，焊接结束。与现有技术相比，本发明具有工艺设备简单、工艺时间短、焊接效果好等优点。

技术领域

本发明涉及固态焊接领域，尤其是涉及一种螺母与金属板的电流辅助压力固态焊接方法。

背景技术

金属的焊接主要分为两种：一种是熔焊，另一种是固态焊接。一般说来，熔焊伴随着金属的熔化和凝固，容易出现扭曲裂纹、残余应力和晶粒粗大等缺点。另外，由于异种金属材料存在明显不同的物理、化学性质，如熔点、热膨胀系数等，因此，熔焊很难实现异种金属材料的焊接。

固态焊接主要是基于压力和温度条件下金属表面原子的扩散形成牢固的冶金连接。固态焊接可以很好的避免伴随熔焊的金属熔化和凝固带来的缺陷。但是，现有的高温压力固态扩散焊接，需要复杂的加热和控制设备，如可编程加热炉或者感应加热器。另外，工件的非焊接区域的热效应问题是不可避免的，焊接件的尺寸也受到加热装置的限制。更重要的是传统的压力固态扩散焊接需要足够长的工艺时间，通常数小时，来完成界面金属的扩散实现牢固连接，效率低，成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺设备简单、工艺时间短、焊接效果好的螺母与金属板的电流辅助压力固态焊接方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的突出实质性特点是充分利用电阻热迅速和局部加热的特性，以及金属材料塑性变形过程中施加电流产生电致塑性效应而促进界面原子扩散的作用，使用简单节能的工艺设备，在更短的时间内，几秒到几十秒，完成高强度的固态焊接，具体方案如下：

首先，本发明采用了市售的压力机，包括压头、电极和焊接电源等基本组件，随压头位移和时间变化的压力值能被实时记录。

进一步地，所述的压头由SKD61热作模具钢制成，端面为圆形；所述的焊接电源为程序可调脉冲电源；所述的电极由导电性良好的铜加工制成。

一种螺母与金属板的电流辅助压力固态焊接方法，该方法为：采用电流施加到正处于塑性变形的螺母与金属板上，实现固态焊接。

进一步地，该方法具体包括以下步骤：

(1)将螺母和金属板的待焊表面打磨去除表面氧化层、清洗污物；

(2)将螺母放置到金属板上，组成待焊工件，并利用压头对待焊工件施加预压力；确保压头和螺母以及压头和金属板间良好接触避免产生火花，

(3)然后使压头以一定的速度向下压缩待焊工件；同时将电流施加到待焊工件上，开始焊接；施加到待焊工件上的压力是压力机依据设置的参数，即压头移动速度和压缩位移量来实现的；施加到待焊工件的具体电流和压力参数要依据具体螺母与金属板的材料和尺寸确定；

(4)当电流和向下压缩都停止时，焊接完成，撤去电流、卸载压力，取下焊接件，焊接结束。

本发明中的焊接技术是利用电阻热作为热源将程序可调的外加脉冲电流直接施加到正处在压缩塑性变形的金属工件上，通过调节脉冲电流参数和塑性变形方案来完成焊接。在这一过程中，通过电阻热的热效应和电致塑性的非热效应相耦合，使其在较低温度下大幅度提高原子的扩散能力和位错的移动能力，促进和实现固态焊接过程的冶金结合，改善焊接接头的机械和材料性能。