一种异种材料电磁激励电弧熔－钎焊复合方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种异种材料电磁激励电弧熔－钎焊复合方法和设备在异种金属材料连接的电弧熔－钎焊过程中，利用励磁线圈在焊接区域产生外加交变磁场控制焊接电弧的特性，对钎焊的液态钎料熔池进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低金属材料熔化的母材充分地混合，提高钎焊焊缝成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化钎焊焊缝组织与性能，提高钎焊接头质量，并且该设备结构简单，应用灵活，成本较低，效果较佳，易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种异种材料电磁激励电弧熔-钎焊复合方法和设备。
技术介绍
随着新材料的出现及应用日新月异，不同材料焊接性的差别也越来越大，大多性 能差异大的异种金属之间采用普通焊接方法难以实现连接。电弧钎焊是以一种新型的以电 弧为热源的钎焊工艺，钎焊时电弧在电极与工件之间引燃，采用惰性气体进行保护，以熔点 低于母材的焊丝作为焊接材料(钎料)，焊接时焊丝(钎料)熔化而母材不熔化，可以实现 同种或异种金属材料间的连接。 电弧熔钎焊技术是在电弧钎焊技术的基础上演化而来，主要用于熔点差异较大的 异种金属间连接。焊接时，在电弧热作用下，焊接区低熔点母材局部熔化并与液态钎料混 合；混合的液态金属与高熔点母材发生润湿、铺展与相互扩散，最终实现连接。电弧熔钎焊可以分为非熔化极惰性气体保护电弧熔钎焊(TIG电弧熔钎焊)和熔 化极惰性气体保护电弧熔钎焊(MIG电弧熔钎焊)，具有加热集中、加热速度快、接头在高温 停留时间短、热影响区的过热度低、母材金属不易产生晶粒长大、焊缝成形美观、变形量小、 能有效去除氧化膜、焊后接头不用清洗、接头强度高和可以实现焊接过程自动化等优点，是 一种具有很高实用价值的焊接技术。电磁搅拌技术(EMS)，是近年来发展和逐渐完善起来的一种新型焊接技术，1971 年Tseng和Savage深入研究了 TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响，随后，国内外 开始对外加磁场作用下的焊接技术开展了广泛研究。电弧熔钎焊过程中利用焊接电弧作为 热源且填充焊丝(钎料)发生了熔化和重新凝固，因此辅助电磁搅拌用于电弧熔钎焊过程 中可以改变熔池金属柱状晶生长方向，细化组织，影响初生相与共晶组织的形貌和尺寸，促 进成分均勻化以及控制界面形状。焊接电弧是一种持续的气体放电现象，在外加磁场作用下其形态会发生明显变 化。外加纵向磁场使电弧温度分布发散，温度场“矮而胖”，电弧中心的温度下降、径向温度 梯度减小。由于焊接电弧的旋转扩张，焊缝熔宽增加而熔深减小，熔池中的液态金属受洛仑 兹力的作用绕焊接电弧中心轴旋转，前端液态金属沿熔池一侧向尾部流动，相应的熔池尾 部液态金属沿另一侧向前端流动，有利于电弧熔钎焊过程中液态钎料的流动及其对固态母 材的润湿与铺展。液态钎料充分流入并致密地填满全部钎缝间隙，又与母材发生很好的相互作用， 是形成优质钎焊接头的前提。目前，单一钎焊方法在使用时常受到设备或工艺特点的限制， 且一般都需要使用钎剂；对于性能差异较大(尤其是熔点)的异种金属间连接，复合钎焊方 法已经逐渐受到重视并开展了相应的研究和应用，如TIG/MIG电弧熔钎焊、激光钎焊等。为防止母材过度熔化，电弧熔钎焊热输入通常较小，由填充金属形成的液态熔池 保持时间较短，不利于液态金属在母材表面充分铺展和形成扩散层。将电磁激励技术复合 到电弧熔钎焊工艺中，通过在焊接区产生附加磁场影响焊接电弧特性来促进液态钎料流动及在熔点较高母材上的润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低母材的熔化部分充分 均勻混合，提高钎缝成分均勻化程度，减少焊接缺陷，优化钎缝组织与性能，可以有效地改 善电弧熔钎焊连接质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有电弧熔-钎焊技术由于热输入小所以不 利于液态熔池金属的均勻混合及其在母材表面充分铺展和与母材相互扩散的问题，利用结 构简单的电磁激励装置，在焊接区产生磁场影响焊接电弧特性，并对液态钎料熔池进行辅 助电磁搅拌和电磁激励作用，从而促进液态钎料流动及在熔点较高母材上的润湿、铺展与 扩散，促进液态钎料与熔点较低母材的熔化部分充分均勻混合，提高钎缝成分均勻化程度， 减少焊接缺陷，优化钎缝组织与性能，改善电弧熔钎焊连接质量；该方法附加设备简单，易 于实现，适用面广。本专利技术采用了如下的技术方案根据工件具体情况和焊接位置，在异种金属材料连接的电弧熔-钎焊过程中，利 用励磁线圈在焊接区域产生外加交变混合磁场控制焊接电弧的特性，对钎焊的液态钎料熔 池进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料有序流动及其在熔点较高的金 属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低金属材料熔化的母材充分地 混合，提高钎焊焊缝成分的均勻化程度，减少焊接缺陷，优化钎焊焊缝组织与性能，以提高 钎焊接头质量。具体是异种材料电磁激励电弧熔-钎焊复合方法和设备，在两种异种金属材料连 接的电弧熔-钎焊过程中，利用励磁线圈在焊接区域产生外加交变混合磁场控制焊接电弧 的特性，对钎焊的液态钎料熔池进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料 有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较 低金属材料熔化的母材充分地混合，提高钎焊焊缝成分的均勻化程度，减少焊接缺陷，优化 钎焊焊缝组织与性能，以提高钎焊接头质量；使用电磁激励TIG电弧熔-钎焊的工艺参数为交流TIG电弧，钨极直径 Φ 1.6-3. 2mm，焊接电流40-160Α，电弧长度3_4mm，焊接速度100-150mm/min，Ar气流量 5-8L/min,焊丝直径Φ 1. 2mm,送丝速度200-300mm/min，辅助磁场强度为20 800Gs，占 空比为30-70%，频率为3-24Hz，钎料通过填丝的方式进入钎缝熔池，与母材夹角为10-30 度；使用电磁激励MIG电弧熔-钎焊的工艺参数为直流MIG反接极性，焊接电流 60-200A,电弧电压18-21V，焊接速度300-600mm/min，Ar气流量10_15L/min，焊丝直径 Φ0. 8-1. 6mm，辅助磁场强度为100 800Gs，占空比为30-70%，频率为3_24Hz。异种材料电磁激励电弧熔-钎焊复合方法和设备，所使用的励磁线圈单独由基于 ARM微处理器的数字化专用励磁电源供给精准的励磁电流，其励磁电流波形为间歇变极性 的长方波形，产生出相应的间歇交变混合磁场，外加磁场频率与强度精确可调，配合相应的 电弧熔_钎焊方法使用；外加辅助磁场的电磁激励和电磁搅拌作用使液态钎料在短暂的焊 接过程中更充分地在固态母材基体上润湿与铺展，且与发生熔化的液态金属母材充分均勻 混合，促进电弧熔钎焊工艺过程中钎料与母材间的相互扩散和成分均勻化，并能实现电磁净化、电磁热处理的独特功能，抑制有害物质的形成，提高钎焊接头的强度，综合改善电弧熔-钎焊的连接质量。在具体实施过程中，也不局限于线圈励磁，采用其它电磁产生装置或 永磁场也可以实现本专利技术目的。异种材料电磁激励电弧熔-钎焊复合方法和设备，适用于I型、V型、Y型、X型的焊 缝形式；将励磁线圈安装在焊枪上，由焊缝正面垂直对液态钎料实施电磁激励作用；或者 将励磁线圈安装在工件背面，由焊缝背面垂直对液态钎料实施电磁激励作用；或者安装两 个励磁线圈，同时在焊缝正面和背面垂直对液态钎料实施电磁激励作用；或者外加辅助磁 场倾斜施加于钎焊液态熔池，磁场与工件水平面的夹角为15-80°、以电极中心线为轴线的 立体圆锥面的任意位置；或者外加纵向辅助磁场只施加在焊缝一种金属材料的单独一侧， 形成半磁场的电磁激励电弧熔_钎焊复合方式。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点(1)在异种金属材料连接的电弧熔-钎焊过程中，利用外加辅助磁场影响焊接电 弧特性，对液态钎料熔池进行辅助电磁搅拌，促本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异种材料电磁激励电弧熔－钎焊复合方法和设备，其特征在于在Ａ、Ｂ异种金属材料连接的电弧熔－钎焊过程中，利用励磁线圈（２）在焊接区域产生外加交变混合磁场控制焊接电弧（１０）的特性，对钎焊的液态钎料熔池（９）进行电磁搅拌与电磁激励强化的辅助作用，促进液态钎料有序流动及其在熔点较高的金属材料Ｂ（６）表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态钎料与熔点较低金属材料Ａ（１１）熔化的母材充分地混合，提高钎焊焊缝成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化钎焊焊缝组织与性能，以提高钎焊接头质量；电磁激励ＴＩＧ电弧熔－钎焊的工艺参数为：交流ＴＩＧ电弧，钨极直径Φ１．６－３．２ｍｍ，焊接电流４０－１６０Ａ，电弧长度３－４ｍｍ，焊接速度１００－１５０ｍｍ／ｍｉｎ，Ａｒ气流量５－８Ｌ／ｍｉｎ，焊丝直径Φ１．２ｍｍ，送丝速度２００－３００ｍｍ／ｍｉｎ，辅助磁场强度为２０～８００Ｇｓ，占空比为３０－７０％，频率为３－２４Ｈｚ，钎料通过填丝的方式进入钎缝熔池，与母材夹角为１０－３０度；或者电磁激励ＭＩＧ电弧熔－钎焊的工艺参数为：直流ＭＩＧ反接极性，焊接电流６０－２００Ａ，电弧电压１８－２１Ｖ，焊接速度３００－６００ｍｍ／ｍｉｎ，Ａｒ气流量１０－１５Ｌ／ｍｉｎ，焊丝直径Φ０．８－１．６ｍｍ，辅助磁场强度为１００～８００Ｇｓ，占空比为３０－７０％，频率为３－２４Ｈｚ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]