[发明专利]挤出材料

说明书

技术领域

本发明涉及挤出材料，例如填充丝，用于混合金属挤出和粘结方法(过程，process)，该方法可例如将两个铝构件连接在一起。

背景技术

已知多种技术被用于将两个材料——尤其是轻金属，例如铝——连接在一起。

这些技术中的一种是熔焊，其中基础金属和可能的填充金属均通过电弧、电子束或激光束而熔融，允许金属与金属的粘结在结晶过程中在焊池的拖尾部分(trailing part)中实现。在熔焊中，供应能量中仅一部分有助于熔融，从而有助于粘结。供应能量中的大部分导致焊接接头附近的基础金属局部加热和所谓热影响区(文献中常称为HAZ)的形成。该区是个问题，因为造成的微结构变化导致母体金属永久机械退化。焊接区的性质因此将成为工程设计的限制因素，并且在实践中决定构件的承载负荷的能力。另外，过度供应能量(即，热)导致焊接区中高残留应力以及总体变形和扭曲。这些问题在轻金属——如铝——的焊接中比在钢焊接中更大，因为采取必要预防措施(例如通过调整基础金属化学组成来改变HAZ微结构)的可能性在前者情形中更难。

鉴于这些问题，更有效的焊接方法，如激光焊接和电子束焊接，已被使用，其提供显著更窄的HAZ。但是，这些技术带来融合区中热裂抗性和孔形成相关的其它问题。另外，其具有设备更加昂贵而功能较少的缺点。此外，由于事实上通常不添加填充金属，耐力要求显著更加苛刻。

在过去，为开发用于连接轻金属的替代技术已做出数种尝试。实例包括摩擦焊接或称为摩擦搅拌焊接(FSW)的变型。

在FSW中，将待连接在一起的两个板被相互牢牢挤压，同时沿着其之间的界面(边缘)移动旋转工具，去除总是存在于表面上的氧化物层(至少对于铝而言)。

即使可观的摩擦加热发生在旋转工具和母体铝板之间的界面处，供应的能量以及因而产生的热量也比在熔焊中少，因此接头附近的基础金属不会熔融和达到液态。因此，摩擦搅拌焊接是固态连接技术的一个实例，其与熔焊相比是一种改进，因为若干常见问题因此减少，即高残留应力和热裂的产生、孔形成和低抗腐蚀性。另一方面，该技术被若干缺点阻碍，一个是由于不使用填充金属，待连接表面需要相互精确匹配的要求。另一个缺点是待连接的构件必须以可观的力被相互挤压，这意味着该方法需要重型且刚性的设备。最后，即使这种类型的摩擦焊接也会形成宽HAZ，其中造成的微结构变化导致沉淀强化的金属永久软化。

在连接的其它方法中，应提到硬焊、铆接和粘合剂粘结。这些方法中的一种或多种可便于一些应用区域，但总体上其提供低安全性来防止故障，并因此在承载负荷或重量的构造中不是焊接的切实替代选择。

已知一种用于连接构件的可选固态方法，例如如WO 03/043 775中所述，适于连接用于结构应用的铝(或其它轻金属)构件。该方法涉及从待连接表面去除氧化物，然后立即将填充材料挤出到待连接表面之间的间隙中，以将两个表面相互粘结。该方法可被称为混合金属挤出和粘结(HYB)方法。该方法基于填充/粘结材料的连续挤出原理，并且目标是减少或消除与FSW方法和其它现有技术方法有关的过度加热的缺点。

HYB方法背后的基本思路是能够实现铝构件的固态连接而不像传统熔焊和FSW中那样导致弱/软焊接区形成。

这种HYB方法需要挤出/填充材料。这是因为其利用连续挤出作为在高压下将来自挤出机的填充金属(FM)压挤到待连接的两个板之间的坡口(groove)中以实现金属粘结的技术手段。

填充金属被广泛用于熔焊。例如，在铝合金的MIG焊接中，三种不同类型的填充材料是可商购的；纯铝、具有约5wt％Si的硅铝合金以及具有约5wt％Mg的铝镁合金(其中一些还可含有上至1wt％的Mn)。后者关于Si或Mg被高度过度合金(overalloy)，以降低焊接期间固化开裂的风险。如果填充金属组成与待连接构件中至少一个的基础金属组成相似，则固化裂纹将不可避免地在融合区中形成。

在铝合金的固态焊接(包括FSW)中，如上所述，是不使用填充金属的。因此，专用于具体固态连接应用的填充金属不是可商购的。取而代之，必须在产生需求的时候对其进行开发。

已经发现用于熔焊的填充材料不适合用于HYB方法。因此，需要可以用于HYB方法的填充材料以提供牢固和可靠的连接。

发明内容