一种评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法技术

本发明专利技术属于应用焊接领域，具体公开了一种利用铝板开槽添加不同熔点金属间接评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法，焊接工件为铝合金板和不锈钢板；在铝合金板和不锈钢板宽度1/2的待焊面铣一凹槽，并保证凹槽位于焊缝上，且分别将不同熔点的铟、锡、铅、锌金属片嵌入凹槽；为保证获得良好焊接质量，将铝合金板作为飞板，不锈钢板作为基板，并在焊接过程中，保证铝合金板冲击不锈钢板时保持相同的碰撞间隙；再通过判断嵌入凹槽内金属片的熔化再凝固现象，来间接预估焊接界面温度的变化范围，这对判断铝钢电磁脉冲焊接界面是否存在熔化现象及深入研究界面材料连接机理具有重要的理论指导和数据参考作用。指导和数据参考作用。

【技术实现步骤摘要】
一种评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法

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[0001]本专利技术属于应用焊接
，具体涉及通过添加不同熔点的金属材料来评估铝钢电磁脉冲焊接过程中界面温度的方法。

技术介绍
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[0002]工业产品向着高效率、低消耗的方向发展，因此，铝钢复合结构成为企业实现轻量化设计的关注点，尤其随着新能源汽车的大力推广，利用铝合金代替部分钢结构的结构设计成为减轻车重、提高燃油效率、减少能源消耗和碳排放的最佳方法。然而，由于铝钢的物理性能参数，如熔点、热导率、膨胀系数及比热等存在较大的差异，导致采用传统方法焊接时，会存在焊接过程产生接头熔合不均匀、应力裂纹及脆性金属间化合物过厚等缺陷。所以，现急需寻找适合铝钢焊接方法来改善焊接缺陷，提高焊接质量。
[0003]电磁脉冲焊接属于固相冷压焊工艺，利用电磁能转换成动能，使金属在高速、高压状态下碰撞，瞬间产生的金属粒子流去除金属表面的氧化膜和污渍等，为实现金属间原子结合创造条件。此焊接技术具有无热影响区、残余应力小且减少新化合物生成等优点，适用于异种金属材料焊接。
[0004]目前，国内外针对电磁脉冲焊接研究主要集中在焊接工艺的优化，鉴于电磁脉冲焊接过程在毫秒内完成材料连接，目前还没有直接获得焊接界面温度的测试手段，J.S.Li采用析出相动力学反预测的方法，根据焊接界面析出相的判断，反推、估算焊接界面的温度变化，但是，由于电磁脉冲焊接会产生强磁场，大量磁能无接触的输入到金属材料中，从而对材料的相变过程，组织形态分布和微结构等产生影响，所以该测温方法会受到磁场影响导致结果不准确，依然较为困难获得焊接界面温度变化。目前，针对焊接界面温度分布规律，基本借助软件模拟获得，因此，急需一种简单、方便的实验手段来评估焊接界面温度。

技术实现思路
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[0005]鉴于目前电磁脉冲焊接温度测试技术存在的不足，本专利技术的目的在于利用添加不同熔点金属的板材再进行焊接，通过分析嵌入金属薄片是否熔化，评估电磁脉冲焊接界面温度的变化范围，这有助于焊缝成形机理的研究，改善焊接质量。
[0006]本次专利技术采用以下技术方案实现利用平板表面添加不同熔点金属薄片评估焊接界面温度的方法，包括两个工件，一个是铝合金板作为运动板，一个是不锈钢板作为基板；焊前，在铝合金板和不锈钢沿着宽度的1/2待焊处，利用铣床将待焊板铣削一个凹槽，将不同熔点金属薄片嵌入凹槽内；将嵌入金属薄片的铝合金板与不锈钢板搭接焊，铝合金板与嵌入金属薄片的不锈钢板搭接焊，并保证凹槽中心放置线圈中梁上方，且垂直线圈中梁，保持一定间隙完成焊接；最后，通过观察嵌入金属薄片是否熔化，来准确评估电磁脉冲焊接界面的温度范围。
[0007]进一步地，具体实施步骤(1)将铝合金板和不锈钢板使用铣床在待焊接面铣削出一道凹槽，再向凹槽内嵌
入不同熔点金属材料，如铟、锡、铅、锌金属片，嵌入金属薄片后，要保证待焊接面依然光滑平整。(2)步骤(1)铝合金板作为运动板，不锈钢板作为基板，采用气缸夹紧力将焊件定位并夹紧工装里，以防冲压松动。(3)焊接设备通电后，其脉冲电流经过线圈产生强磁场，铝合金板在磁场中受到电磁力驱动下高速、高载荷以及高压状态下撞击钢板完成焊接。通过分析嵌入金属薄片是否存在熔化现象，根据添加金属的熔点，以评估电磁脉冲焊接界面温度的范围。
[0008]进一步具体，步骤(1)中使用1mm铣刀沿着铝合金板和不锈钢板宽度的1/2待焊接面处铣削出凹槽，凹槽深度在0.2～0.3mm，凹槽宽度在1～4mm，凹槽长度要大于椭圆焊缝宽度，长度在35～40mm。
[0009]进一步具体，步骤(1)中嵌入不同熔点的金属材料尺寸要与凹槽尺寸相同，如铟、锡、铅、锌金属薄片的尺寸要制备和凹槽的尺寸相同，金属片嵌入凹槽后要保持板材焊接表面平整光滑。
[0010]进一步具体，步骤(2)中铝合金板作为驱动板，不锈钢板作为基板，将凹槽中心对准线圈中梁中心，搭接间隙2mm，搭接长度35mm。
[0011]进一步具体，步骤(2)中使用压板将不锈钢板固定住，然后使用气压装置将焊件定位夹紧，以防冲压松动。
[0012]进一步具体，步骤(3)中调节电磁脉冲设备参数，如焊接电压16KV，电流730KA，频率18KHZ。
[0013]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果。(1)本专利技术提供一种评估铝钢电磁脉冲焊接温度的方法，在铝合金板和不锈钢板宽度1/2的待焊面，铣削一凹槽，将不同熔点金属薄片嵌入平板，并保证焊接表面光滑平整，这种方法并未改变之前的铝合金/不锈钢板搭接焊接结构；以嵌入形式添加的金属片在铝合金板冲击不锈钢板的碰撞过程中具有一定的稳定性，不会在焊接过程中发生主动脱落或者偏离、位置移动现象，保证通过观察凹槽内金属片是否熔化，焊接前、焊接后的状态特征来判断焊接界面温度变化。(2)本专利技术提供一种评估铝钢电磁脉冲焊接温度的方法，在金属板材焊接区域开槽添加多种不同熔点金属薄片如铟(150℃)、锡(232℃)、铅(328℃)、锌(419℃)金属，通过观察焊接后，嵌入凹槽内的金属薄片是否熔化，直接获得焊接界面温度变化范围。(3)本专利技术提供一种评估铝钢电磁脉冲焊接温度的方法，由于焊接时间只有十几微妙，通过实验手段获得焊接界面温度较为困难，目前多是借助软件模拟获得界面温度分布规律，但是模拟结果缺少实验数据对比验证，本专利技术通过实验方法获得焊接界面温度数据，对理解电磁脉冲焊接界面连接机理具有理论指导和数据参考作用。
附图说明
[0014]图1—铝合金板开槽嵌入金属薄片的铝/钢电磁脉冲焊接示意图
[0015]图2—嵌入金属薄片的铝/钢金属板焊接过程示意图
[0016]图3—分别嵌入锌金属片的铝合金板与不锈钢板焊接工件
[0017]图4—铝合金板不同开槽宽度嵌入铅金属片焊接工件
[0018]图5—铝合金板开槽宽度1mm嵌入不同熔点金属片的焊接工件
[0019]图6—直接在铝合金板添加金属片未实现焊接的焊缝形貌
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明
[0021]本专利技术通过在待焊板表面开槽添加不同熔点金属薄片来评估焊接界面温度的方法，焊接示意图如图1所示，将铝合金板2作为驱动板放置在线圈1上，并将凹槽3的中心对准线圈中梁的中心，再使用绝缘垫块4固定，不锈钢板6作为基板，使用绝缘垫块调整间隙5，以搭接方式固定在铝合金板上方，然后使用气缸推动电木压板7将铝板、钢板及垫板等装置压紧，电容放电后放电电流8经过线圈产生强磁场，瞬间完成材料焊接。开槽嵌入金属薄片的不锈钢板与未加工铝合金板焊接过程与示意图1相同。
[0022]铝合金板受到电磁力驱动下撞击钢板，大量动能转化成内能等，焊接界面受到超高压力发生变形同时温度升高，当超过金属板材料的动态弹性极限时，接触点产生塑性变形导致材料流动甚至飞溅，并将材料流推送碰撞点之前，这种现象称为金属粒子射流。如图2(a)示意图，铝合金板嵌入低熔点金属片在碰撞过程中，焊接界面温度升高导致金属片熔化，熔化金属随着粒子射流飞溅出去，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用不同熔点金属材料评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法，其特点是基于获得优质焊接接头，铝合金板作为运动板，不锈钢板作为基板的基础，分别在铝合金板和不锈钢板的待焊表面宽度的1/2处，且为焊缝正中部，利用铣削的方法加工一个凹槽，再向凹槽内嵌入不同熔点的铟、锡、铅、锌金属薄片，分别将嵌入金属片的铝合金板与未加工凹槽的不锈钢板搭接焊接、未加工凹槽的铝合金板和嵌入金属片的不锈钢板搭接焊接；最后，观察凹槽内金属片是否熔化，来评估铝钢焊接界面温度范围。2.根据权利要求1所述利用不同熔点金属材料评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法其特征在于，具体包括以下步骤：(1)利用铣刀在铝合金板、不锈钢板待焊接面的宽度1/2处，保证为椭圆焊缝中部，铣削一个凹槽，再向凹槽内嵌入不同熔点的金属材料，如铟、锡、铅、锌金属薄片，镶嵌后要保证待焊接面光滑平整。(2)以步骤(1)将嵌入金属薄片的铝合金板与不锈钢板、铝合金板与嵌入金属薄片的不锈钢板，放置于线圈中梁上方，保持铝板、钢板以相同的搭接间隙进行焊接。(3)接通电路后电容释放脉冲电流通过线圈产生时变磁场，铝合金板在宽度中部产生集中且较高的电磁力，使铝板产生高速运动，瞬间撞击不锈钢板而完成材料冶金结合，最后，通过分析嵌入的金属薄片是否存在熔化现象，来评估焊接界面温度的变化范围。3.根据权利要求1或者2所述的利用不同熔点金属材料评估铝钢电磁脉冲焊接界面温度的方法，其特征在于，步骤(1)中金属板表面待焊处铣削凹槽的深度在0.2～0.3mm，要小于金属板厚度，凹槽深度不能过小，否则嵌入的金属片在碰撞过程中容易产生破碎或...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟露鑫，张玉虎，韩佳良，顾凌翔，覃全，黄岩，刘家乐，郑旭明，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：