專利名稱：基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異種金屬電子束焊接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金具有密度低、比強度較高、塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點，是滿足目前結(jié)構(gòu)輕量化 以節(jié)約能源、減輕環(huán)境污染要求的理想材料。在軍艦上，甲板以上部位采用鋁合金結(jié)構(gòu)，不 但可以大幅度降低艦體重量，節(jié)約燃油消耗，而且可以顯著降低艦體的重心，增強抗風浪性 能，進而提高航行速度和機動性。在汽車行業(yè)中，為了達到減重的目的，許多非承重或輕載 部位的配件都采用鋁合金結(jié)構(gòu)。鋼具有優(yōu)異的綜合機械性能，是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié) 構(gòu)材料。在國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中，采用“鋁+鋼”異種金屬焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品越來越多并實現(xiàn)了 良好的經(jīng)濟效益與社會效益。因此，如何實現(xiàn)鋁合金與鋼接頭的優(yōu)質(zhì)、可靠的連接已變得日 益重要，引起了普遍的關(guān)注。對于鋁合金與鋼的焊接，熔化焊時接頭產(chǎn)生大量連續(xù)分布的脆 性Fe-Al金屬間化合物，焊后極易在殘余應(yīng)力作用下開裂，很難實現(xiàn)二者可靠的連接，而釬 焊、擴散焊、摩擦焊等方法制造的接頭則受到接頭形式以及生產(chǎn)效率的限制，難以得到廣泛 的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決應(yīng)用現(xiàn)有焊接方法對鋁合金與鋼進行焊接時，存在因產(chǎn)生大 量脆性Fe-Al金屬間化合物而導致焊接接頭易斷裂的問題，提供了一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法。基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，它的過程如下
焊接前，在待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接縫內(nèi)，預置寬度為d、厚度為δ、純度為 P的銀中間層，所述待焊的鋁合金板材的厚度與鋼板材的厚度均為d ；然后用夾具將待焊的 鋁合金與鋼以及銀中間層固定后放入真空焊室內(nèi)；然后，用小束流電子束進行點焊固定，然 后進行焊接；
焊接時，令電子束流偏移銀-鋼接觸面χ距離，并令電子束流作用于銀中間層上。本發(fā)明的積極效果本發(fā)明采用純銀作為中間層材料，通過電子束偏束方法及中 間層的阻隔作用，抑制脆性Fe-Al金屬間化合物的生成，獲得無裂紋的電子束焊接接頭，并 得到很高的強度，工藝重復性好，焊接效率高。本發(fā)明屬于異種金屬電子束焊接領(lǐng)域，適用 于汽車、造船等工業(yè)中鋁/鋼復合構(gòu)件及航空航天鋁/鋼氣密性部件的制造。


圖1為預置純銀中間層及點焊固定的操作示意圖；圖2為電子束流作用位置示意 圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的基于中間層阻 隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，它的過程如下
焊接前，在待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接縫內(nèi)，預置寬度為d、厚度為δ、純度為 P的銀中間層，所述待焊的鋁合金板材的厚度與鋼板材的厚度均為d ；然后用夾具將待焊的 鋁合金與鋼以及銀中間層固定后放入真空焊室內(nèi)；然后，用小束流電子束進行點焊固定，使 中間層與對接面間的間隙低于0. 10mm，然后進行焊接；
焊接時，令電子束流偏移銀-鋼接觸面χ距離，并令電子束流作用于銀中間層上。所述小束流電子束的電流通常為3_4mA ；所述銀-鋼接觸面表示銀和鋼的接觸面。圖1和圖2中，A為鋁合金板材，B為鋼板材，C為銀中間層，D為電子束。利用本實施方式，可以通過偏束控制鋁-銀接觸面的溫度，從而實現(xiàn)兩者的良好 連接；利用銀中間層的阻隔作用，可防止大量的液態(tài)Fe原子和Al原子相互接觸，從而能夠 抑制Fe-Al金屬間化合物的生成，改善接頭組織；同時，利用銀中間層極好的塑性，可以緩 解接頭殘余應(yīng)力，最終提高接頭強度。電子束焊接技術(shù)具有能量密度高、熱輸入少、能量輸入可精確控制、焊縫深寬比 大、焊接變形小、焊縫及熱影響區(qū)晶粒細、真空施焊不受空氣污染等優(yōu)點，在異種材料的連 接中具有獨特的優(yōu)勢。通過預置中間層金屬，并通過電子偏束方法調(diào)整各母材的熔化比例， 易于對接頭組織進行控制，抑制焊接缺陷的生成，從而實現(xiàn)鋁合金與鋼的優(yōu)質(zhì)連接。本發(fā)明采用純銀作為中間層材料，通過電子束偏束方法調(diào)整各母材的熔化比例， 易于對接頭組織進行控制，并能通過中間層的阻隔作用抑制脆性Fe-Al金屬間化合物的生 成，能夠獲得無裂紋的電子束焊接接頭，并得到很高的強度，工藝重復性好，焊接效率高。本 發(fā)明屬于異種金屬電子束焊接領(lǐng)域，適用于汽車、造船等工業(yè)中鋁/鋼復合構(gòu)件及航空航 天鋁/鋼氣密性部件的制造。
具體實施方式
二本實施方式是對實施方式一的基于中間層阻隔控制的鋁合金與 鋼的電子束焊接方法的進一步限定，所述銀中間層的厚度δ為1mm。
具體實施方式
三本實施方式是對實施方式一或二的基于中間層阻隔控制的鋁合 金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，所述銀中間層的純度為P大于99. 95%。
具體實施方式
四本實施方式是對實施方式一、二或三的基于中間層阻隔控制的 鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，焊接時，電子束流偏移銀-鋼接觸面的距離X 為 0 0· 2mm。
具體實施方式
五本實施方式是對實施方式一至四的任意一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，用小束流電子束進行點焊固定時，所述 小束流電子束的電流為3mT4mA。
具體實施方式
六本實施方式是對實施方式一至五的任意一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，在所述在待焊的鋁合金板材與鋼板材的 對接縫內(nèi)預置寬度為d、厚度為δ、純度為ρ的銀中間層之前，還包括以下過程
先后用180#、400#以及800#水砂紙打磨待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接面及其附 近區(qū)域，然后將所述鋁合金板材與鋼板材在丙酮中進行超聲波清洗，然后進行干燥。
具體實施方式
七本實施方式是對實施方式一至六的任意一種基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，待焊的鋁合金板材與鋼板材的規(guī)格均為 80mmX35mmX2. 0mm，銀中間層的厚度δ為1. 0mm、長為80mm、寬度d為2. 0mm、純度ρ高于 99. 95% ；鋁合金板材材料是5Α02防銹鋁，鋼板材材料是0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼；所述用小 束流電子束進行點焊固定是在真空焊室的真空度達到4. 5X IO-5Pa時進行的；所述點焊固 定的參數(shù)為聚焦電流2450mA，銀-鋼對接面點固束流3mA，銀-鋁對接面點固束流4mA。
具體實施方式
八本實施方式是對實施方式一至七的任意一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，焊接時，電子束偏移銀-鋼對接面的距 離χ為0. Imm,即偏束量為0. Imm ；焊接參數(shù)具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為2450mA， 焊接束流為11mA，焊接速度為360mm/min或330mm/min。當焊接速度為360mm/min時，焊接接頭抗拉強度能夠達到179MPa ； 當焊接速度為330mm/min時，焊接接頭抗拉強度能夠達到169MPa。
具體實施方式
九本實施方式是對實施方式一至七的任意一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，焊接時，電子束偏移銀-鋼對接面的距 離χ為0. 2mm,即偏束量為0. 2mm ；焊接參數(shù)具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為2450mA， 焊接束流為11mA，焊接速度為360mm/min。本實施方式的焊接接頭抗拉強度能夠達到183MPa。
具體實施方式
十本實施方式是對實施方式一至七的任意一種基于中間層阻隔控 制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法的進一步限定，焊接時，電子束偏移銀-鋼對接面的距 離χ為0mm，即電子束正對銀-鋼對接面；焊接參數(shù)具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為 2450mA，焊接束流為11mA，焊接速度為300mm/min。本實施方式的焊接接頭抗拉強度能夠達到178MPa。
權(quán)利要求
基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其特征在于它的過程如下焊接前，在待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接縫內(nèi)，預置寬度為d、厚度為δ、純度為p的銀中間層，所述待焊的鋁合金板材的厚度與鋼板材的厚度均為d；然后用夾具將待焊的鋁合金與鋼以及銀中間層固定后放入真空焊室內(nèi)；然后，用小束流電子束進行點焊固定，然后進行焊接；焊接時，令電子束流偏移銀 鋼接觸面x距離，并令電子束流作用于銀中間層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于所述銀中間層的厚度δ為1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于所述銀中間層的純度為P大于99. 95%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于焊接時，電子束流偏移銀_鋼接觸面的距離χ為(TO. 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其特 征在于用小束流電子束進行點焊固定時，所述小束流電子束的電流為3myT4mA。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于在所述在待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接縫內(nèi)預置寬度為d、厚度為δ、純度 為P的銀中間層之前，還包括以下過程先后用180#、400#以及800#水砂紙打磨待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接面及其附 近區(qū)域，然后將所述鋁合金板材與鋼板材在丙酮中進行超聲波清洗，然后進行干燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法， 其特征在于待焊的鋁合金板材與鋼板材的規(guī)格均為80mmX35mmX2. 0mm，銀中間層的厚度 δ為1. 0mm、長為80mm、寬度d為2. 0mm、純度ρ高于99. 95% ；鋁合金板材材料是5Α02防銹 鋁，鋼板材材料是0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼；所述用小束流電子束進行點焊固定是在真空焊 室的真空度達到4. 5X10_5Pa時進行的；所述點焊固定的參數(shù)為聚焦電流2450mA，銀-鋼 對接面點固束流3mA，銀-鋁對接面點固束流4mA。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于焊接時，電子束偏移銀-鋼對接面的距離χ為0. 1mm，即偏束量為0. Imm ；焊接參數(shù) 具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為2450mA，焊接束流為11mA，焊接速度為360mm/min或 330mm/mino
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于焊接時，電子束偏移銀_鋼對接面的距離χ為0. 2mm,即偏束量為0. 2mm ；焊接參數(shù) 具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為2450mA，焊接束流為11mA，焊接速度為360mm/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，其 特征在于焊接時，電子束偏移銀-鋼對接面的距離χ為0mm，即電子束正對銀-鋼對接面；輝 接參數(shù)具體為加速電壓為55kV，聚焦電流為2450mA，焊接束流為1 ImA,焊接速度為300mm/mirio
全文摘要
基于中間層阻隔控制的鋁合金與鋼的電子束焊接方法，涉及異種金屬電子束焊接領(lǐng)域，解決了應(yīng)用現(xiàn)有焊接方法對鋁合金與鋼進行焊接時，存在因產(chǎn)生大量脆性Fe-Al金屬間化合物而導致焊接接頭易斷裂的問題。所述焊接方法的過程為焊接前，在待焊的鋁合金板材與鋼板材的對接縫內(nèi)，預置寬度為d、厚度為δ、純度為p的銀中間層，待焊的鋁合金板材的厚度與鋼板材的厚度均為d；用夾具將待焊的鋁合金與鋼以及銀中間層固定后放入真空焊室內(nèi)；用小束流電子束進行點焊固定，然后進行焊接；焊接時，令電子束流偏移銀-鋼接觸面x距離，并令電子束流作用于銀中間層上。本發(fā)明可用于汽車、造船等工業(yè)中鋁/鋼復合構(gòu)件及航空航天鋁/鋼氣密性部件的制造。
文檔編號B23K15/00GK101890570SQ20101020258
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者馮吉才, 張春光, 張秉剛, 陳國慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學