[发明专利]一种多物理场辅助异种金属材料电阻焊方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种多物理场辅助异种金属材料电阻焊方法，属焊接技术领域。

背景技术

日新月异的科技水平与复杂的工作程序对各类工程机械构件的综合性能提出了更高的要求。在许多情况下，单纯的一种金属材料已经不能满足工程使用要求，集多种材料性能于一身的异种金属焊接构件备受人们关注。异种金属的焊接不仅能实现综合利用各组成材料的优异性能，还能大大降低生产成本，提高企业经济效益。因此，异种金属焊接技术在交通运输、航空航天、石油化工和工程机械等行业得以广泛应用。

异种金属材料间的可焊性与这两种金属材料间的热物理性能和化学冶金特性的区别有着密切的联系。化学冶金性能上的相容性对异种金属材料的可焊接性起着主导作用。这是因为两种金属间的相容性主要决定着脆性化合物会不会在它们之间形成。当异种金属材料间产生了脆性的共晶体或金属间化合物时，焊接接头的力学性能将受到很大的影响。因此，传统的焊接方法进行异种金属焊接有着非常大的困难，要选择恰当的焊接方法和焊接工艺才能使异种金属实现可靠连接。

中国专利CN101890564A，名为“异种金属电阻铆焊装置”的发明专利，提出了一种焊接异种金属的方法。在半空心铆钉自冲铆接的基础上，引入电阻点焊，利用电阻热来软化焊件，依此来减低在铆接过程中产生的脆裂，同时实现铆钉与焊件之间的钎焊连接，实现机械-固相双重连接，进一步增加接头的焊接强度。虽然此装置实现了异种金属的连接，但其本质上仍为铆接，未能实现异种金属原子或分子之间的结合和扩散，同时其焊接强度仍有待商榷。中国专利CN102848058A，名为“焊接过程中使用脉冲磁场细化焊缝组织的方法和设备”的发明专利，提出了一种脉冲磁场细化焊缝结晶组织的方法和装置。通过外加磁场控制熔化金属的流动，产生搅拌作用，实现细化焊缝组织的目的。虽然在一定程度上细化了焊缝区的晶粒，但控制方法相对单一，细化晶粒程度有限，焊前对焊件表面的清理工作繁重。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种多物理场辅助异种金属材料电阻焊方法，通过在施焊同时对焊件施加磁场和超声波复合场，磁场分量对晶体产生切割和搅拌作用，超声波对晶体有破碎作用和过冷生核作用，在磁-声复合场的综合作用下，使得部分晶粒破碎成为细小晶粒，而未破碎的晶粒在搅拌作用下产生一定的塑性变形，增加晶粒内部位错，使得晶粒得到显著的细化；复合场在一定程度上提高了焊缝处成份的均匀化程度，减少了焊缝处组织缺陷，提高焊缝的力学性能；利用超声波的冲击破碎作用来处理焊件表面，减小焊件表面的污物及氧化物熔合进焊缝对焊缝性能产生影响。

本发明技术方案：

一种多物理场辅助异种金属材料电阻焊方法，步骤如下：

1) 待焊件异种金属表面的预处理，先用丙酮溶液对金属表面的油污进行清洗，再对表面采用酸洗方法清除其表面的氧化膜，酸洗结束后迅速用水冲洗，最后用酒精擦拭晾干；

2) 将待焊异种金属件固定，在氮气或氩气保护气氛或者大气环境下，对焊缝处施加磁-声复合物理场，对焊接件表面进行表面处理，处理时间为＜10min，磁场距离焊件表面范围为＜100cm，产生声场的超声发射装置置于焊件表面； 

3) 开启焊机进行电阻焊，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态；

4) 焊接结束待焊接金属冷却至室温后，停止磁-声复合场的施加，完成异种金属焊接。

所述异种金属材料包括异种钢铁材料、铜-铝、铝-钢、铌-不锈钢、钛-铜等合金。

所述电阻焊包括点焊、对焊、缝焊、凸焊和闪光焊。

所述磁-声复合物理场包括磁场和超声波，磁场为交变磁场或稳恒磁场，磁场强度为0.001-15T，交变磁场频率为0.01-1000Hz；超声发射装置产生的超声波的振动频率为15-60KHz，超声波振幅为10-60μm，超声波振动方向为横向或纵向。

所述电阻焊中电极压力为2-4KN，焊接电流为7-20KA，焊接时间为60-400ms，保压时间为300-500ms。

本发明的优点：