本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

雙金屬層狀復(fù)合板是將兩種金屬材料分層組合形成牢固貼合的板狀復(fù)合材料。雙金屬板可以發(fā)揮兩種單一金屬的優(yōu)點(diǎn)，具備特殊的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，滿足高強(qiáng)度、高比剛度、抗疲勞性、尺寸穩(wěn)定、耐磨、抗振、防腐等要求，同時(shí)可以大大節(jié)省稀貴金屬，降低成本。例如低碳鋼通過(guò)與鋁、鈦或不銹鋼等材料復(fù)合可以很好的克服其耐蝕性差的不足，從而可以在生產(chǎn)中得到更多的應(yīng)用。目前，雙金屬?gòu)?fù)合板已被廣泛應(yīng)用于化工、石油、電力、機(jī)械、航空、航天、船舶等領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

通常雙金屬層狀復(fù)合板是指兩類不同的金屬，對(duì)于異種金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用必須解決兩種材料的焊接問(wèn)題。由于二者的熱物理性能存在很大的差異，熔焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，且冶金相容性差，易形成脆性金屬間化合物及低熔點(diǎn)共晶體，使接頭塑韌性較差，難以在工程生產(chǎn)中應(yīng)用。

爆炸焊是復(fù)合板焊接中采用的一種焊接方法，是一種固態(tài)焊接，以炸藥作為能源,利用炸藥在爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波使兩層或多層的同種或異種材料高速傾斜碰撞而結(jié)合在一起的方法。但是，爆炸焊工藝控制比較困難，容易出現(xiàn)分層、結(jié)合界面強(qiáng)度低和致密性差等缺陷，需要根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格控制炸藥量和界面間隔等工藝參數(shù)，其危險(xiǎn)性使之較難應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠有效的解決雙金屬層狀復(fù)合板焊接后分層、結(jié)合界面強(qiáng)度低、致密性差的問(wèn)題，能夠得到高質(zhì)量的雙金屬層狀復(fù)合板，并且操作較為簡(jiǎn)單。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接系統(tǒng)包括工作底座、弧形復(fù)板、脈沖儲(chǔ)能電容器、高壓間隙開(kāi)關(guān)以及若干工作線圈；

待焊接雙金屬層狀復(fù)合板由底板及復(fù)板組成，底板位于工作底座上，復(fù)板位于底板上，弧形復(fù)板通過(guò)支撐桿固定于復(fù)板上，各工作線圈均位于弧形復(fù)板上，復(fù)板的中部開(kāi)設(shè)有弧形坡口，底板上表面的中部為圓滑弧形面，弧形復(fù)板及弧形坡口正對(duì)所述圓滑弧形面，脈沖儲(chǔ)能電容器、高壓間隙開(kāi)關(guān)及各工作線圈依次組成一個(gè)串聯(lián)回路。

還包括用于給脈沖儲(chǔ)能電容器充電的充電電源。

各工作線圈等間距分布。

本發(fā)明所述的雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接方法包括下步驟：

1)壓制成弧形復(fù)板，再將基板上表面的中部加工成圓滑弧形面，并在復(fù)板的中部開(kāi)設(shè)弧形坡口，然后將基板的圓滑弧形面、復(fù)板的弧形坡口及弧形復(fù)板打磨干凈，除去基板的圓滑弧形面、復(fù)板的弧形坡口及弧形復(fù)板表面的氧化物；

2)將基板及復(fù)板依次置于工作底座上，將弧形復(fù)板通過(guò)支撐桿置于復(fù)板上，使弧形復(fù)板、復(fù)板的弧形坡口正對(duì)基板的圓滑弧形面，再將工作線圈4置于弧形復(fù)板上；

3)接通高壓間隙開(kāi)關(guān)，則脈沖儲(chǔ)能電容器瞬間放電形成脈沖電流，使工作線圈下方的弧形復(fù)板中產(chǎn)生渦流及瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，從而在弧形復(fù)板中產(chǎn)生磁脈沖力，弧形復(fù)板在磁脈沖力的作用下沖擊復(fù)板的弧形坡口及基板的圓滑弧形面，并使其產(chǎn)生塑性變形，使弧形復(fù)板與基板包覆成為一體，并形成完全焊透的弧形焊縫，完成雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接。

基板的材質(zhì)為碳素鋼或低合金鋼。

復(fù)板的材質(zhì)為銅、鋁或銅與鋁的合金。

基板上圓滑弧形面的寬度為10-20mm。

弧形復(fù)板的寬度為15-25mm，厚度為0.5-2mm。

弧形復(fù)板碰撞前的飛行速度為300-600m/s。

弧形復(fù)板與復(fù)板的夾角α為0°-14°。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接系統(tǒng)及方法在具體操作時(shí)，通過(guò)脈沖儲(chǔ)能電容器瞬間放電形成脈沖電流，使工作線圈下方的弧形復(fù)板中產(chǎn)生渦流及瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，從而在弧形復(fù)板中產(chǎn)生磁脈沖力，進(jìn)而使弧形復(fù)板撞擊復(fù)板的弧形坡口及基板的圓滑弧形面，并產(chǎn)生塑性變形，使弧形復(fù)板與基板包裹在成為一體，由于弧形復(fù)板中產(chǎn)生的磁脈沖力較大，因此在弧形復(fù)板與基板之間形成完成焊透的弧形焊縫，避免焊接后出現(xiàn)分層、結(jié)合界面強(qiáng)度低、致密性差的問(wèn)題，同時(shí)本發(fā)明采用固態(tài)免加熱焊接工藝，無(wú)需加熱，無(wú)需冷卻，一次成型，可以在常溫下繼續(xù)擰，且焊接過(guò)程無(wú)明顯升溫，焊接接頭界面為波形界面，接頭強(qiáng)度接近于母材強(qiáng)度，同時(shí)焊接過(guò)程較短，無(wú)煙塵，綠色環(huán)保無(wú)污染。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的正視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中A-A方向的截面圖；

圖4為實(shí)施例一得到的T2/50號(hào)鋼界面形貌圖；

圖5為實(shí)施例一得到的線掃描能譜分析圖；

圖6為實(shí)施例二得到的AA3003-O/20號(hào)鋼界面形貌圖；

圖7為實(shí)施例二得到的AA3003-O/20號(hào)鋼元素線掃描結(jié)果圖。

其中，1為充電電源、2為脈沖儲(chǔ)能電容器、3為高壓間隙開(kāi)關(guān)、4為工作線圈、5為弧形復(fù)板、6為支撐桿、7為圓滑弧形面、8為弧形坡口、9為雙金屬層狀復(fù)合板、10為工作底座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1、圖2及圖3，本發(fā)明所述的雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接系統(tǒng)包括工作底座10、弧形復(fù)板5、脈沖儲(chǔ)能電容器2、高壓間隙開(kāi)關(guān)3以及若干工作線圈4；待焊接雙金屬層狀復(fù)合板9由底板及復(fù)板組成，底板位于工作底座10上，復(fù)板位于底板上，弧形復(fù)板5通過(guò)支撐桿6固定于復(fù)板上，各工作線圈4均位于弧形復(fù)板5上，復(fù)板的中部開(kāi)設(shè)有弧形坡口8，底板上表面的中部為圓滑弧形面7，弧形復(fù)板5及弧形坡口8正對(duì)所述圓滑弧形面7，脈沖儲(chǔ)能電容器2、高壓間隙開(kāi)關(guān)3及各工作線圈4依次組成一個(gè)串聯(lián)回路。

本發(fā)明還包括用于給脈沖儲(chǔ)能電容器2充電的充電電源1；各工作線圈4等間距分布。

本發(fā)明所述的雙金屬層狀復(fù)合板焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接方法包括下步驟：

1)壓制成弧形復(fù)板5，再將基板上表面的中部加工成圓滑弧形面7，并在復(fù)板的中部開(kāi)設(shè)弧形坡口8，然后將基板的圓滑弧形面7、復(fù)板的弧形坡口8及弧形復(fù)板5打磨干凈，除去基板的圓滑弧形面7、復(fù)板的弧形坡口8及弧形復(fù)板5表面的氧化物；

2)將基板及復(fù)板依次置于工作底座10上，將弧形復(fù)板5通過(guò)支撐桿6置于復(fù)板上，使弧形復(fù)板5、復(fù)板的弧形坡口8正對(duì)基板的圓滑弧形面7，再將工作線圈4置于弧形復(fù)板5上；

3)接通高壓間隙開(kāi)關(guān)3，則脈沖儲(chǔ)能電容器2瞬間放電形成脈沖電流，使工作線圈4下方的弧形復(fù)板5中產(chǎn)生渦流及瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，從而在弧形復(fù)板5中產(chǎn)生磁脈沖力，弧形復(fù)板5在磁脈沖力的作用下沖擊復(fù)板的弧形坡口8及基板的圓滑弧形面7，并使其產(chǎn)生塑性變形，使弧形復(fù)板5與基板包覆成為一體，并形成完全焊透的弧形焊縫，完成雙金屬層狀復(fù)合板9焊縫的電磁脈沖驅(qū)動(dòng)焊接。

基板的材質(zhì)為碳素鋼或低合金鋼。

復(fù)板的材質(zhì)為銅、鋁或銅與鋁的合金。

基板上圓滑弧形面7的寬度為10-20mm。

弧形復(fù)板5的寬度為15-25mm，厚度為0.5-2mm。

弧形復(fù)板5碰撞前的飛行速度為300-600m/s。

弧形復(fù)板5與復(fù)板的夾角α為0°-14°。

實(shí)施例一

把兩塊銅-鋼復(fù)合板材(材質(zhì)組合為T(mén)2/50號(hào)鋼，尺寸為(1.5+10.0)×200×70mm)基層先焊接在一起，焊縫長(zhǎng)度為200mm，焊后把預(yù)對(duì)接的基板加工成與弧形復(fù)板5對(duì)應(yīng)的圓滑弧形面7，復(fù)板上加工弧形坡口8，把T2板壓制成長(zhǎng)200mm、寬20mm、厚1.8mm的弧形復(fù)板5，將弧形復(fù)板5通過(guò)支撐桿6置于基板的圓滑弧形面7上方，弧形復(fù)板5與水平方向的夾角α為0，支撐桿6的高度為1.2mm，磁脈沖焊接試驗(yàn)前，將基板的圓滑弧形面7和復(fù)板的弧形坡口8及弧形復(fù)板5用砂紙或拋光輪打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，露出金屬光澤。當(dāng)充電電源1給脈沖儲(chǔ)能電容器2充電后，接通高壓間隙開(kāi)關(guān)3，則脈沖儲(chǔ)能電容器2瞬間放電形成脈沖電流，放電能量為32.0kJ，使工作線圈4下方的弧形復(fù)板5中產(chǎn)生渦流，并相應(yīng)產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，從而在弧形復(fù)板5中產(chǎn)生一瞬時(shí)、高壓的強(qiáng)磁脈沖力，該強(qiáng)磁脈沖力迫使弧形復(fù)板5高速撞擊基板的圓滑弧形面7和復(fù)板的弧形坡口8，碰撞速度約為400-500m/s，產(chǎn)生高速塑性變形，使弧形復(fù)板5與基板包覆成為一體并獲得完全焊透的弧形焊縫，界面剪切強(qiáng)度為178MPa，在掃描電鏡下通過(guò)線掃描能譜分析得到界面結(jié)合區(qū)基體元素?cái)U(kuò)散區(qū)(過(guò)渡區(qū))寬度約2μm，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泛鐵現(xiàn)象。

實(shí)施例二

把兩塊鋁-鋼復(fù)合板板(材質(zhì)組合為AA3003-O/20號(hào)鋼，尺寸為(1.2+6.0)×125×50mm)基層先焊接在一起，焊縫長(zhǎng)度為125mm，焊后把預(yù)對(duì)接的基板加工成與弧形復(fù)板5對(duì)應(yīng)的圓滑弧形面7，復(fù)板上加工弧形坡口8，把A6111板壓制成長(zhǎng)125mm、寬18mm、厚1.5mm的弧形復(fù)板5，將弧形復(fù)板5通過(guò)支撐桿6置于基板的圓滑弧形面7上方，弧形復(fù)板5與水平方向的夾角α為0，支撐桿6的高度為1.0mm，磁脈沖焊接試驗(yàn)前，將基板的圓滑弧形面7和復(fù)板的弧形坡口8及弧形復(fù)板5用砂紙或拋光輪打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，露出金屬光澤，當(dāng)高壓充電電源1給脈沖儲(chǔ)能電容器2充電后，接通高壓間隙開(kāi)關(guān)3，則脈沖儲(chǔ)能電容器2瞬間放電形成脈沖電流，放電能量為20.0kJ，使工作線圈4下方的弧形復(fù)板5中產(chǎn)生渦流，并相應(yīng)產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)，從而在弧形復(fù)板5中產(chǎn)生瞬時(shí)、高壓的強(qiáng)磁脈沖力，該強(qiáng)磁脈沖力迫使弧形復(fù)板5高速撞擊下方基板的圓滑弧形面7和復(fù)板的弧形坡口8，碰撞速度約為300-400m/s，產(chǎn)生高速塑性變形，使弧形復(fù)板5與基板包覆成為一體并獲得完全焊透的弧形焊縫；界面剪切強(qiáng)度為95MPa，在掃描電鏡下通過(guò)線掃描能譜分析得到界面結(jié)合區(qū)基體元素?cái)U(kuò)散區(qū)(過(guò)渡區(qū))約為20μm。