一種連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金與不銹鋼的連接結(jié)構(gòu)在航天工業(yè)、核工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。鋁合金與 不銹鋼兩種材料在物理性能(熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率等)、力學(xué)性能等方面差距很大；鋁合金表面的氧 化物、不銹鋼中的鐵、鉻等元素與鋁形成的第二相都對(duì)焊接件的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。為 了保證不銹鋼/鋁管路的焊接質(zhì)量與氣密性，人們提出了擴(kuò)散焊接、爆炸焊接、攪拌摩擦焊 接等多種解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)不銹鋼/鋁合金接頭擴(kuò)散焊接中存在的不足，提供一種接頭 力學(xué)性能高、氣密性好的擴(kuò)散焊接方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0005] -種連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，不銹鋼接頭和鋁合金接頭之間為"S"形曲 面搭接，通過(guò)真空擴(kuò)散焊接連接接頭，近"S"形搭接曲面如圖2所示。
[0006] 不銹鋼接頭為近似"凸"形，鋁合金接頭為近似"凹"形，不銹鋼接頭與鋁合金接頭 的端面部分為平面，邊緣部分為相互配合的近"S"形曲面。
[0007] 所述的不銹鋼接頭與鋁合金端面之間留有間隙，即近"S"形曲面相互配合搭接及 端面平面之間留有一定的間隙、行程。
[0008] 上述連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其包括如下具體步驟：
[0009] (1)加工不銹鋼接頭、鋁合金接頭和模具等，使不銹鋼接頭和鋁合金接頭之間為 "S"形曲面搭接，且兩個(gè)接頭之間留有空隙；
[0010] (2)用NaoH溶液處理不銹鋼表面，用硝酸和氫氟酸處理鋁合金表面；
[0011] (3)將不銹鋼接頭和鋁合金接頭放置在模具中，進(jìn)行擴(kuò)散焊接，抽真空至KT2Pa以 下；
[0012] (4)然后，加熱并保溫；加熱溫度310~350°C，保溫時(shí)間為30~50min ;
[0013] (5)加壓并保壓，加壓壓力150~200MPa，保壓時(shí)間為30~40min。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0015] 本發(fā)明通過(guò)控制加熱溫度為310~350°C，可以保證避免形成大量的第二相等脆 性金屬間化合物，保證了接頭的力學(xué)性能。在低溫310~350°C下保證鋁合金金屬內(nèi)部流 動(dòng)，圖2所示，消除步驟（2)沒(méi)有去除的表面氧化物、夾雜等雜質(zhì)，形成良好的不銹鋼/鋁合 金物理界面，促進(jìn)界面擴(kuò)散。
[0016] 擴(kuò)散焊接后，不銹鋼/鋁合金形成近"S"連接，不銹鋼/鋁合金接頭承受縱向、橫 向外力、殘余應(yīng)力不僅限于結(jié)合界面，由于接頭兩種金屬相互咬合，基體可以承受部分的外 力、殘余應(yīng)力。
[0017] 下面通過(guò)附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為不鎊鋼/錯(cuò)斜面接頭不意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明不銹鋼/鋁合金接頭連接示意圖。
[0020] 主要附圖標(biāo)記：
[0021] 1不銹鋼 2鋁合金
[0022] 3 模具
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如圖1所示，為不銹鋼/鋁斜面接頭示意圖。由于鋁合金與不銹鋼兩種材料在物 理性能(熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率等)、力學(xué)性能等方面差距很大，不銹鋼/鋁合金之間采用斜面接頭不 能保證接頭的室溫、低溫力學(xué)性能與氣密性的要求。
[0024] 本發(fā)明將不銹鋼1接頭和鋁合金2接頭之間設(shè)計(jì)為近"S"形曲面搭接，通過(guò)真空 擴(kuò)散焊接連接接頭，近"S"形搭接曲面如圖2所示。不銹鋼接頭為近似"凸"形，鋁合金接 頭為近似"凹"形，不銹鋼接頭與鋁合金接頭的端面部分為平面，邊緣部分為相互配合的近 "S"形曲面。
[0025] 不銹鋼接頭與鋁合金端面之間留有間隙，即近"S"形曲面相互配合搭接及端面平 面之間留有一定的間隙、行程。
[0026] 本發(fā)明連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其包括如下具體步驟：
[0027] (1)加工不銹鋼1接頭、鋁合金2接頭和模具3等，使不銹鋼1接頭和鋁合金2接 頭之間為近"S"形曲面搭接，且兩個(gè)接頭之間留有空隙；
[0028] (2)用一定濃度的NaoH溶液處理不銹鋼1表面；用一定濃度比例的硝酸、氫氟酸 處理鋁合金2表面；
[0029] (3)將不銹鋼1接頭和鋁合金2接頭放置在模具3中，進(jìn)行擴(kuò)散焊接；擴(kuò)散焊接時(shí)， 抽真空至KT 2Pa以下；
[0030] (4)然后，進(jìn)行加熱并保溫；加熱溫度至310~350°C，保溫30~50min ;可以保證 避免形成第二相等脆性金屬間化合物，保證了接頭的力學(xué)性能。
[0031] (5)加壓并保壓；按照一定加壓速率加壓至150~200MPa，壓下一定行程，保持壓 力30~40min。在低溫310~350°C下保證鋁合金金屬內(nèi)部流動(dòng)，圖2所示，消除步驟（2)沒(méi) 有去除的表面氧化物、夾雜等雜質(zhì)，形成很好的不銹鋼/鋁合金物理界面，促進(jìn)界面擴(kuò)散。
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 不銹鋼316L/鋁合金5083擴(kuò)散連接。對(duì)接頭的性能指標(biāo)要求：室溫切向拉伸性能 大于等于IOOMPa ;77K溫度下的切向拉伸強(qiáng)度大于等于80MPa。
[0034] (1)按照?qǐng)D2所示加工不銹鋼、鋁合金接頭，模具等；
[0035] (2)用20% (體積百分比）NaoH溶液處理不銹鋼表面；用10% (體積百分比）硝酸、 8% (體積百分比）氫氟酸處理鋁合金表面；
[0036] (3)擴(kuò)散焊接時(shí)，抽真空至KT2Pa以下；
[0037] (4)加熱溫度至310°C，保溫40min ;
[0038] (5)按照一定加壓速率加壓至150MPa，壓下一定行程，保持壓力30min。測(cè)量接頭 的性能，見表1。
[0039] 表1、接頭性能
[0040]
[0041] 實(shí)施例2
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于：不銹鋼接頭和鋁合金接頭之間 為" S "形曲面搭接，通過(guò)真空擴(kuò)散焊接連接接頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于：所述的不銹鋼 接頭與鋁合金接頭的端面部分為平面，邊緣部分為"S"形曲面。
3. 如權(quán)利要求2所述的連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于：所述的不銹鋼 接頭與鋁合金接頭之間留有間隙。
4. 如權(quán)利要求3所述的連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 加工不銹鋼接頭、鋁合金接頭和模具，使不銹鋼接頭和鋁合金接頭之間為"S"形曲 面搭接，且兩個(gè)接頭之間留有空隙； (2) 用NaoH溶液處理不銹鋼表面，用硝酸和氫氟酸處理鋁合金表面； (3) 將不銹鋼接頭和鋁合金接頭放置在模具中，進(jìn)行擴(kuò)散焊接，抽真空至KT2Pa以下； (4) 然后，進(jìn)行加熱并保溫； (5) 加壓并保壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于：所述的加熱溫 度為310~350°C，保溫時(shí)間為30~50min。
6. 如權(quán)利要求4所述的連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法，其特征在于：所述的加壓壓 力為150~200MPa，保壓時(shí)間為30~40min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種連接不銹鋼與鋁合金的焊接方法。不銹鋼接頭和鋁合金接頭之間為“S”形曲面搭接，不銹鋼接頭與鋁合金接頭之間留有間隙，通過(guò)真空擴(kuò)散焊接連接接頭。加工不銹鋼接頭、鋁合金接頭和模具；用NaoH溶液處理不銹鋼表面，用硝酸和氫氟酸處理鋁合金表面；將不銹鋼接頭和鋁合金接頭放置在模具中，進(jìn)行擴(kuò)散焊接，抽真空至10-2Pa以下；然后，進(jìn)行加熱并保溫；加壓并保壓。本發(fā)明可以避免形成第二相等脆性金屬間化合物，保證了接頭的力學(xué)性能；擴(kuò)散焊接后，不銹鋼/鋁合金形成“S”連接，不銹鋼/鋁合金接頭承受縱向、橫向外力、殘余應(yīng)力不僅限于結(jié)合界面，由于接頭兩種金屬相互咬合，基體可以承受部分的外力、殘余應(yīng)力。
【IPC分類】B23K20-14
【公開號(hào)】CN104741772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310741796
【發(fā)明人】柴國(guó)強(qiáng), 鄭棄非, 鄔小萍
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日