[发明专利]一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用

说明书

本发明公开了一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用，属于异种金属焊接技术领域，该方法包括以下步骤：获取待焊接基件的焊接窗口；根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。本发明通过在基件的待焊接区域加工具有一定空间分布的特定形貌，该形貌特征能够尽可能的为每一处碰撞点提供一个合适的碰撞角度，使这些碰撞点处于能够实现焊接的冲击速度、角度的窗口内，从而实现大面积、大区域的连续焊接，能够提高焊缝质量，增大焊接面积，提升焊接件的整体性能。

技术领域

本发明属于异种金属焊接技术领域，更具体地，涉及一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用。

背景技术

异种金属焊接件在强度、重量和耐腐蚀等关键性能参数上均具有显著优势，在航空航天、汽车制造行业中具有广阔的应用前景。然而，两类合金的电阻率、导热率、比热容、熔点等物理参数相差较大，且两者之间的固溶度较低，容易在界面处形成脆性的反应层，难以通过熔焊、钎焊等传统焊接方法实现两种金属的良好焊接。高速冲击焊接是以化学能、电磁场能、高能量密度光能、高压气体等高能量密度场能或者高能束作为外界输入能量，通过能场与物质的相互作用驱动金属飞件发生高速运动，与另一金属材质的基件发生高速碰撞，在撞击面两种金属发生原子间的扩散，从而实现两种金属的冶金结合。

早期研究表明，在高速冲击焊接技术中两种金属能否实现焊接，主要取决于碰撞点处冲击速度与角度的配合。Mousavi和Sartangi根据对爆炸焊接的研究，绘制了高速冲击焊接关系图，并阐述了冲击速度和角度对焊接质量的影响。只有当冲击速度和角度均为合适值的时候，接触表面在撞击点处才能高速喷出一股薄层金属材料，即所谓的“射流”现象。由于射流作用，金属表面的氧化物薄层得以破碎并清除，进一步地使表面洁净的金属在局部高温、高压的作用下形成了良好的结合界面。由于在整个焊接的全过程中，材料的变形状态是随着位置变化的，即每一处的冲击速度和角度都不一样，在单一表面的平板焊接以及管件焊接中无法使每一处都处于合适的焊接碰撞状态。在现有的高速率冲击焊接研究和应用中，无论是金属板件还是管件的焊接，都会出现焊缝不连续、大面积虚焊等情况，极大的影响了焊缝的整体性能，降低了焊接件的焊接质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用，其目的在于通过改变基件焊接表面的形貌分布来调节设定两种材料在每一处碰撞点的冲击角度，从而匹配该点的冲击速度来达到焊接窗口中的焊接条件，由此解决高速率冲击焊接中焊缝不连续、大面积虚焊的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高速冲击焊接方法，所述方法包括以下步骤：

获取待焊接基件的焊接窗口；

根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；

将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。

优选地，所述外界场能包括电磁能、化学能、高压气体等形式的高能量密度场能。

优选地，所述波形结构为三角波形结构、正弦波形结构或多种波形混合结构。

按照本发明的另一方面，提供了一种高速冲击焊接系统，该系统包括：电源控制模块、载荷发生装置、飞件、定位装置、基件和支撑装置；

所述电源控制模块连接于所述载荷发生装置；所述载荷发生装置设置于所述飞件非焊接面的一侧；所述飞件焊接面与所述基件的焊接面相对设置；所述定位装置放置于所述飞件与所述基件之间；所述支撑装置贴合于所述基件的非焊接面；