[实用新型]一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于固相焊接领域，特别是一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装 置。

背景技术

摩擦堆焊是一种利用摩擦热使金属连接局部区处于热塑性状态实现焊接/焊敷的先 进金属加工技术,摩擦堆焊具有低能耗、无污染高效率、加工质量好等优点表面耐磨、 抗腐蚀的金属都可以用摩擦焊敷技术来获得无稀释、结合完整性极高的焊敷层,摩擦堆焊 技术在耐磨件的制造与修复方面应用前景广阔,摩擦堆焊技术不限于焊接技术领域,还可 广泛拓宽其应用范围,在摩擦轧制零件快速制造、复合金属制备和金属再利用加工等方面 有巨大的开发潜力。

目前高硬度金属堆焊低硬度金属的方法还鲜有研究，有国外学者 M.CHANDRASEKARAN在低碳钢摩擦堆焊铝合金实验中，采用的是在钢与铝摩擦堆焊 之前，先让低碳钢与低碳钢摩擦使低碳钢软化，然后再让低碳钢与铝摩擦从而实现低碳 钢与铝的摩擦堆焊。这种方法能够实现对高硬度金属首次预热，可以预先使高硬度金属 软化，实现不同硬度金属之间的焊接，但是这种方法的高温持续时间较短，后续不能继 续通过摩擦加热，而无法实现连续的堆焊，而且在预先摩擦软化不够，容易使钢变成铣 刀把铝铣出一条沟槽，这种方法无法实现温度的精确控制而且浪费材料，效率低。

M.J.R.Stegmueller学者在钢摩擦堆焊铝实验中采用了感应加热线圈加热钢棒使钢 软化再进行摩擦堆焊，这种方法可以实现铝钢的焊接，但是它无法精确控制钢棒的温度， 而且也没有冷却铝板的温度装置，从而其采用厚铝板来防止钢棒把铝板铣掉。

哈尔滨工业大学张洪涛采用CMT熔-钎焊方法对硬度相差较大的铝-钢进行了研究， 铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊搭接接头的界面组织分析表明，接头界面主要由两类不同化 合物相组成，分别是靠近钢侧厚度均匀的Fe₂Al₅相和靠近铝侧针片状的FeAl₃相，说 明这种传统的熔焊方法无法阻止铝钢金属间化合物的产生而会形成脆性相。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置。

本实用新型为提供一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置提供的技术方案 是：

一种高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置包括：

动力装置，其能够使高硬度金属发生转动并给予压力；

电阻加热装置的一端电极通过电刷与高硬度材料连接且固定在动力装置(8)上， 另一端电极通过界面电阻固定在低硬度金属上；

以及一覆有铜层的冷却装置，在的铜层上放置低硬度金属；

其中，在预备阶段，高硬度金属与低硬度金属无接触且无水平方向位移；在摩擦加 热阶段，动力装置使得高硬度金属与低硬度金属接触但无水平方向位移；在摩擦堆焊阶 段，动力装置使得高硬度金属与低硬度金属接触且在水平方向发生线性运动。

高硬度金属为棒材，长度为75～200mm，直径为15mm～30mm，低硬度金属为板 材，其上覆盖的铜层厚度为5mm。

该动力装置可以提供最大压力为30MPa，提供的最大焊接速为200mm/min，最大的 转速为1500r/min。

所述的电阻加热装置的电刷距高硬度金属的焊接端15mm-25mm处。

优选的，该摩擦焊接装置能够设置在工作台上，且动力装置上设有控制器。

在电阻加热装置上设有温度传感器。可以根据不同高硬度金属的塑性温度值在外部 加热和摩擦加热双重加热条件下调节温度，防止金属过热和温度不够。

冷却装置在水平方向设有能够通过冷却介质的通孔。通入的冷却介质温度在-5℃～ 10℃，速度在1m/min～3m/min之间可调。通过流动的冷却介质从而冷却低硬度金属使 其保持刚度且形成温度梯度

优选的，通过设置压紧块限制低硬度金属发生位移。

所述的高硬度金属与低硬度金属的硬度差HV>30。

本实用新型相对于现有技术具有以下显著的优点：