CN104439731A - 一种钢-铝焊接结构附座以及制备方法 - Google Patents

一种钢-铝焊接结构附座以及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钢-铝焊接结构附座，其特征在于：该附座是由钢段、中间过渡层金属紫铜段和铝合金段依次焊接而成的一端为钢-铜接头、另一端为铜-铝接头的柱状结构，其中钢段和紫铜段以及紫铜段和铝合金段之间采用对接的方式焊接固定。制备过程包括钢与紫铜的感应钎焊和紫铜与铝合金的旋转摩擦焊两个部分。本发明的钢-铝焊接结构附座，将紫铜作为中间过渡层金属，钢的一侧采用感应钎焊，铝的一侧采用旋转摩擦焊，利用铜与钢、铝焊接性相对较好的优势，获得了结合强度高的钢-铝焊接结构附座，解决了钢与铝合金板材直接焊接困难的难题，并且可以根据工件的实际尺寸及材料不同，实现不同直径的钢-铝焊接结构附座的焊接。

Description

一种钢-铝焊接结构附座以及制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属连接构件，具体涉及一种钢-铝焊接结构附座及其制备方法。
背景技术
附座是金属板材与其它部件进行紧固连接的过渡性重要部件。目前，在某些生产中，为实现钢与铝合金板材的连接，附座采用钢芯与铝合金螺纹套加胶粘结的结构方式，然后再将附座的铝合金部分与铝合金板材采用传统的TIG/MIG焊接方法焊接在一起，虽然实现了附座与铝合金板材的结合，但附座在使用过程中可靠性差、寿命短，不能全面满足高强度振动、疲劳、冲击等使用条件，迫切需要设计和开发新型的用于钢与铝合金板材的连接的附座结构和制造方法。
钢-铝焊接结构附座就是针对上述问题而设计的一种新型结构的创新产品。该设计的理念是将钢和铝合金采用特殊的方法焊接在一起，形成一种独立的新型结构的附座零件。在生产应用中将钢-铝焊接结构附座的铝端与铝合金板材进行焊接，钢端与其它部件实现紧固连接，从而实现铝合金板材与其它部件的连接，或将附座的钢端与钢板材进行焊接，铝端与铝合金部件焊接在一起，达到减重或其它功能要求的目的。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构合理、结合强度高的钢-铝焊接结构附座，用于钢与铝合金板材的连接。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种结构合理、结合强度高的钢-铝焊接结构附座的制备方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种钢-铝焊接结构附座，其特征在于：该附座是由钢段、中间过渡层金属紫铜段和铝合金段依次焊接而成的一端为钢-铜接头、另一端为铜-铝接头的柱体结构，其中钢段和紫铜段以及紫铜段和铝合金段之间采用对接的方式焊接固定。
作为改进，所述附座为圆柱体结构，钢段、紫铜段和铝合金段均为具有相同直径的圆柱体，附座的直径为10～30cm，钢段的长度为45～55cm，紫铜段的厚度为10～20cm，铝合金段的长度为35～45cm。
再改进，所述钢段的长度为50cm，紫铜段的厚度为15cm，铝合金段的长度为40cm。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种根据权利要求1或2或3所述的钢-铝焊接结构附座的制备方法，其特征在于：包括钢段与紫铜段的感应钎焊和紫铜段与铝合金段的旋转摩擦焊两个部分，具体步骤为：
1)将钢段和紫铜段的焊接端面进行平整处理，并与钎料一起进行表面清洗；
2)将清洗后的钢段放入单匝高频感应加热线圈内，保证钢段焊接端面与高频感应线圈处于同一水平面；
3)将清洗后钎料放置在钢段焊接端面上，并涂覆一层钎剂，将紫铜段焊接端面垂直并对齐放置在钢段焊接端面上；
4)启动高频感应加热设备进行加热，完成钢-铜接头的焊接，并进行焊后清理；
5)将冷却后的钢-铜焊接接头的紫铜段端面及铝合金段焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并对新的金属面进行表面清洗；
6)将钢-铜焊接接头和铝合金段固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头固定在旋转夹头内，铝合金段固定在移动夹头内；
7)根据工件直径与材料设置摩擦焊工艺参数，启动摩擦焊机，完成铝-铜接头焊接；
8)关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
作为改进，所述步骤1)的平整处理采用机械加工、锉刀或砂纸进行，平整处理的表面平整度要求为：待焊表面的粗糙度要求达到Ra≤3.2μm。
作为优选，所述步骤1)中的钎料选用银基钎料HL324。
作为改进，所述步骤1)、步骤5)中所述的表面清洗是采用丙酮或酒精进行清洗。
作为优选，所述步骤3)中的钎剂选用QJ305A膏状银钎焊溶剂。
再改进，所述步骤4)中的高频感应加热温度为650～670℃，目测焊料熔化并微量从焊缝溢出时，停止加热。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的钢-铝焊接结构附座，将紫铜作为中间过渡层金属，利用铜与钢和铝都可互溶，而且铜-钢、铜-铝异种金属的焊接技术已经比较成熟，容易实现，在钢的一侧采用感应钎焊，铝的一侧采用旋转摩擦焊，利用铜与钢、铝焊接性相对较好的优势，获得了结合强度高的钢-铝焊接结构附座，解决了钢与铝合金板材直接焊接困难的难题。在生产应用中将钢-铝焊接结构附座的铝端与铝合金板材进行焊接，钢端与其它部件实现紧固连接，从而实现铝合金板材与其它部件的连接，或将附座的钢端与钢板材进行焊接，铝端与铝合金部件焊接在一起，达到减重或其它功能要求的目的。本发明结构合理、构思巧妙，制备工艺较简单，并且可以根据工件的实际尺寸及材料不同，实现不同直径的钢-铝焊接结构附座的焊接。
附图说明
图1是本发明的附座中钢-铜接头的感应钎焊示意图；
图2是本发明的附座中铜-铝接头的旋转摩擦焊示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，本发明一种钢-铝焊接结构附座，是由钢段1、中间过渡层金属紫铜段2和铝合金段6依次焊接而成的一端为钢-铜接头5、另一端为铜-铝接头的柱体结构，其中钢段1和紫铜段2以及紫铜段2和铝合金段6之间采用对接的方式焊接固定。
附座的制备过程包括钢与紫铜的感应钎焊和紫铜与铝合金的旋转摩擦焊两个部分，具体步骤如下：
步骤1：将钢段1和紫铜段2焊接端面进行平整处理，即将钢段1和紫铜段2在砂纸上打磨除锈和氧化皮，待焊表面的粗糙度要求达到Ra≤3.2μm，并与钎料一起用丙酮进行表面清洗；
步骤2：将清洗后的钢段1放入单匝高频感应加热线圈4内，保证钢段1焊接端面与高频感应线圈4处于同一水平面；
步骤3：将清洗后钎料3放置在钢段1焊接端面上，钎料为银基钎料HL324，并涂覆一层QJ305A膏状银钎焊溶剂钎剂，将紫铜2焊接端面垂直并对齐放置在钢1焊接端面上；
步骤4：启动高频感应加热设备进行加热，感应加热温度为650～670℃，待见焊料熔化并微量从焊缝溢出，停止加热，完成钢-铜焊接接头5的焊接；
步骤5：将冷却后的钢-铜焊接接头5紫铜端面及铝合金段6焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并用丙酮对新的金属表面进行清洗；
步骤6：将钢-铜焊接接头5和铝合金段6固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头5固定在旋转夹头内，铝合金段6固定在移动夹头内；
步骤7：设置摩擦焊工艺参数，具体参数可根据工件直径与材料不同进行调节；
步骤8：关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
结合图1和图2，以直径为10mm，长度为50mm的40Cr钢段1、厚度为15mm的紫铜段2、长度为40mm的5A06铝合金段6为例。步骤1：将钢段1和紫铜段2焊接端面进行平整处理，即将钢段1和紫铜段2在砂纸上打磨除锈和氧化皮，并与钎料一起用丙酮进行表面清洗；步骤2：将清洗后的钢段1放入单匝高频感应加热线圈4内，保证钢段1焊接端面与高频感应线圈4处于同一水平面；步骤3：将清洗后钎料3放置在钢段1焊接端面上，钎料3为银基钎料HL324，并涂覆一层QJ305A膏状银钎焊溶剂钎剂，将紫铜段2焊接端面垂直并对齐放置在钢1焊接端面上；步骤4：启动高频感应加热设备进行加热，感应加热温度为650～670℃，待见焊料完全熔化并微量从焊缝溢出，停止加热，完成钢-铜焊接接头5焊接；步骤5：将冷却后的钢-铜焊接接头5的紫铜端面及铝合金段6焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并用丙酮对新的金属表面进行清洗；步骤6：将钢-铜焊接接头5和铝合金段6固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头5固定在旋转夹头内，铝合金段6固定在移动夹头内；步骤7：设置摩擦焊工艺参数，启动摩擦焊机，完成铝-铜接头焊接；步骤8：关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
实施例2
结合图1和图2，以直径为20mm，长度为50mm的40Cr钢段、厚度为15mm的紫铜段、长度为40mm的5A06铝合金段为例。步骤1：将钢段1和紫铜段2焊接端面进行平整处理，并与钎料3一起进行表面清洗处理，即将钢段1和紫铜段2在砂纸上打磨除锈和氧化皮，并用丙酮进行表面清洗；步骤2：将清洗后的钢段1放入单匝高频感应加热线圈4内，保证钢段1焊接端面与高频感应线圈4处于同一水平面；步骤3：将清洗后钎料3放置在钢段1焊接端面上，钎料3为银基钎料HL324，并涂覆一层QJ305A膏状银钎焊溶剂钎剂，将紫铜段2焊接端面垂直并对齐放置在钢段1焊接端面上；步骤4：启动高频感应加热设备进行加热，感应加热温度为650～670℃，待见焊料完全熔化并微量从焊缝溢出，停止加热，完成钢-铜焊接接头5焊接；步骤5：将冷却后的钢-铜焊接接头5紫铜端面及铝合金段6焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并用丙酮对新的金属表面进行清洗；步骤6：将钢-铜焊接接头5和铝合金段6固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头5固定在旋转夹头内，铝合金段6固定在移动夹头内；步骤7：设置摩擦焊工艺参数，启动摩擦焊机，完成铝-铜接头焊接；步骤8：关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
实施例3
结合图1和图2，以直径为30mm，长度为50mm的40Cr钢段、厚度为15mm的紫铜段、长度为40mm的5A06铝合金段为例。步骤1：将钢段1和紫铜段2焊接端面及钎料3进行平整处理和表面清洗处理，即将钢段1和紫铜段2在砂纸上打磨除锈和氧化皮，并用丙酮进行表面清洗；步骤2：将清洗后的钢段1放入单匝高频感应加热线圈4内，保证钢段1焊接端面与高频感应线圈4处于同一水平面；步骤3：将清洗后钎料3放置在钢段1焊接端面上，钎料为银基钎料HL324，并涂覆一层QJ305A膏状银钎焊溶剂钎剂，将紫铜段2焊接端面垂直并对齐放置在钢段1焊接端面上；步骤4：启动高频感应加热设备进行加热，感应加热温度为650～670℃，待见焊料完全熔化并微量从焊缝溢出，停止加热，完成钢-铜接头焊接；步骤5：将冷却后的钢-铜焊接接头5紫铜端面及铝合金段6焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并用丙酮对新的金属表面进行清洗；步骤6：将钢-铜焊接接头5和铝合金段6固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头5固定在旋转夹头内，铝合金段6固定在移动夹头内；步骤7：设置摩擦焊工艺参数，启动摩擦焊机，完成铝-铜接头焊接；步骤8：关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
应当说明的是，以上所述仅为本发明专利的优选结构实施方式，除了上述附座结构外，本钢-铝焊接结构形式还可以用于其它领域。譬如上述钢-铝焊接结构用于五金行业的“启瓶器”等。所有采用等同技术手段替换实现的钢-铝焊接结构形式产品均被视为落入本发明专利的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种钢-铝焊接结构附座，其特征在于：该附座是由钢段、中间过渡层金属紫铜段和铝合金段依次焊接而成的一端为钢-铜接头、另一端为铜-铝接头的柱状结构，其中钢段和紫铜段以及紫铜段和铝合金段之间采用对接的方式焊接固定。
2.根据权利要求1所述的钢-铝焊接结构附座，其特征在于：所述附座为圆柱体结构，钢段、紫铜段和铝合金段均为具有相同直径的圆柱体，附座的直径为10～30cm，钢段的长度为45～55cm，紫铜段的厚度为10～20cm，铝合金段的长度为35～45cm。
3.根据权利要求2所述的钢-铝焊接结构附座，其特征在于：所述钢段的长度为50cm，紫铜段的厚度为15cm，铝合金段的长度为40cm。
4.一种根据权利要求1或2或3所述的钢-铝焊接结构附座的制备方法，其特征在于：包括钢段与紫铜段的感应钎焊和紫铜段与铝合金段的旋转摩擦焊两个部分，具体步骤为：
1)将钢段和紫铜段的焊接端面进行平整处理，并与钎料一起进行表面清洗；
2)将清洗后的钢段放入单匝高频感应加热线圈内，保证钢段焊接端面与高频感应线圈处于同一水平面；
3)将清洗后钎料放置在钢段焊接端面上，并涂覆一层钎剂，将紫铜段焊接端面垂直并对齐放置在钢段焊接端面上；
4)启动高频感应加热设备进行加热，完成钢-铜接头的焊接，并进行焊后清理；
5)将冷却后的钢-铜焊接接头的紫铜段端面及铝合金段焊接端面进行车削加工，使其裸露出新的金属表面，并对新的金属面进行表面清洗；
6)将钢-铜焊接接头和铝合金段固定在摩擦焊机的夹头内夹紧，钢-铜焊接接头固定在旋转夹头内，铝合金段固定在移动夹头内；
7)根据工件直径与材料设置摩擦焊工艺参数，启动摩擦焊机，完成铝-铜接头焊接；
8)关闭摩擦焊机电源，车去铝-铜接头处的飞边，完成整个钢-铝焊接结构附座的焊接。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的平整处理采用机械加工、锉刀或砂纸进行，平整处理的表面平整度要求为：待焊表面的粗糙度要求达到Ra≤3.2μm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的钎料选用银基钎料HL324。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)、步骤5)中所述的表面清洗是采用丙酮或酒精进行清洗。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的钎剂选用QJ305A膏状银钎焊溶剂。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中的高频感应加热温度为650～670℃，目测焊料熔化并微量从焊缝溢出时，停止加热。
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