[发明专利]过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法

权利要求书

1.一种过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：采用能分别与钢、铝实现连接的金属材料作为过渡层，在高强钢-过渡层界面上采用等离子弧焊施加单热源，使高强钢-过渡层界面上形成熔化焊焊缝；同时，由于等离子弧的加热效果，热量经由过渡层传导到过渡层-铝合金的界面上，形成瞬时液相扩散焊焊缝。

2.根据权利要求1所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：等离子弧热源为穿孔型，为使等离子弧的弧柱直径进一步缩小、能量密度进一步增加，选取的钨极直径为1.6mm，压缩喷嘴孔径为1.5-2.0mm；过渡层的材料为纯铜，其厚度为1.5-2.5mm；高强钢与铝合金母材厚度范围为3-5mm。

3.根据权利要求1或2所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

a）焊前准备：分别将高强钢、铝合金试板、铜过渡层进行精细的机械打磨，经碱洗和酸洗后备用；

b）接头形式：接头形式为I形坡口对接，组焊装夹时保证高强钢-铜过渡层-铝合金接触面存在10N-30N的预紧力；

c）焊接工艺：采用等离子弧焊设备进行焊接，利用能量密度大、挺直度好的等离子弧热源施焊；选用高纯度氩气作为等离子气和保护气，通过优化焊接参数形成小孔效应，在钢-铜侧实现穿孔型等离子弧焊，同时在铜-铝合金一侧实现瞬时液相扩散焊；

d）等离子弧热源控制在钢上，在钢-铜接触面附近实现穿孔型等离子弧焊，形成钢-铜熔化焊焊缝；由于钢、铜的线膨胀系数不同，由此产生的内应力进一步促进了铜-铝合金的紧密结合，并起到了破碎铝合金表面氧化膜的作用；同时在实施穿孔型等离子弧焊的过程中热量通过铜过渡层向铝合金一侧传导，铜-铝合金的接触面附近温度达到低于铜、铝熔点的共晶温度548ºC，形成液相；在持续加热过程中，铜、铝元素由母材溶解到液相内，实现铜、铝元素的互扩散，凝固后形成扩散反应层，此扩散反应层即为铜-铝瞬时液相扩散焊焊缝；

e）通过对焊接参数的精准控制，使复合接头中钢-铜熔化焊焊缝和铜-铝瞬时液相扩散焊焊缝之间始终存在大于0.5mm厚度的未熔化的铜过渡层，即可有效阻止铁、铝元素的混合及冶金反应，从而避免脆性Fe-Al金属间化合物的形成，降低接头脆性，改善其力学性能。

4.根据权利要求3所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：步骤c）所述的等离子弧热源控制在钢上，距离钢-铜接触面0.2～0.8mm的位置。

5.根据权利要求3所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：步骤c）、d）所述的实现穿孔型等离子弧焊的参数为：焊接电流70~100A，焊接速度200~280mm/min，Ar等离子气流量1.2~2.8L/min，Ar保护气流量16~20 L/min，喷嘴距工件3-4mm。

6.根据权利要求3所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：通过一次施焊，同时形成包含钢-铜熔化焊焊缝和铜-铝瞬时液相扩散焊焊缝两种连接形式的复合接头。

7.根据权利要求6所述的过渡层辅助的高强钢-铝合金异种金属等离子弧焊接方法，其特征在于：所述的复合接头中存在的部分未熔化的铜过渡层可有效阻止铁、铝元素的混合及冶金反应，从而避免脆性Fe-Al金属间化合物的形成，降低接头脆性，改善其力学性能。