CN110421241B - 一种双金属层状复合板的高能束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，包括以下步骤：(1)确定待焊接双金属层状复合板的材质以及复板的厚度h1和基板的厚度h2，清除复合板对接面的粉尘和油污；(2)将待焊复合板进行对接组对，采用高能束热源对其进行焊接，熔深H1的范围是1.0h1≤H1≤1.15h1；(3)将步骤(2)中已焊完复板的复合板翻转并固定，采用高能束热源进行基板部分的焊接，熔深H2的范围是0.9h2≤H2≤1.0h2，且h1+h2+0.30mm≥H1+H2≥h1+h2+0.01mm。本发明解决现有技术中复板稀释严重、明显影响接头综合性能的问题，具有在无需加工坡口条件下，还能明显降低复板稀释率、提高金属层状复合板接头性能的优点。

Description

一种双金属层状复合板的高能束焊接方法
技术领域
本发明属于高能束焊接技术领域，尤其涉及一种双金属层状复合板的高能束焊接方法。
背景技术
金属层状复合板是由两层、多层不同金属板材，通过锻压、***焊接等方式，制备的复合结构材料，其中厚度较薄的板材一般称之为复板，通常价格较贵，主要作用在于提高复合板材的导电、导热、耐腐蚀等性能；相对较厚的板材称之为基板，一般成本较低，主要作用在于降低复合板重量、提高强度等。因此，复合板往往具有单独一种金属材料不具有的综合性能，所以备受汽车、航空航天等工业领域的关注。然而，在复合板的工业化应用过程中，不可避免的涉及到其焊接问题。
目前，针对复合板的焊接技术，为了避免复板在焊接过程中稀释率较高，严重影响其综合性能的问题，复合板焊接通常需要先开坡口，随后采用多层、多道焊的方式对其进行焊接。即首先，在复合板上开坡口；然后，首先从复合板顶部(复板)进行焊接；随后在其上部焊接一层过渡层金属；最后再焊接基板；最终，完成复合板的焊接。开坡口的方式一方面大大增加了机加工成本，另一方面也显著增加了添加材料(焊丝)的用量，从而大大增加了材料成本。另外，焊接结构中需要添加过渡层，使其能够在一定程度上起到减少金属间化合物形成、降低复板稀释率的作用，但是如何进行过渡层材料的正确选择、合理设计以及准确添加，仍是目前复合板焊接中亟待解决的问题。
高能束焊接具有能量密度高，可控性强等显著优点，一直被认为是一种潜在的解决层状复合板焊接问题的技术。然而在进行金属层状复合板的单面焊双面成形的过程中，虽然可以获得成形良好的接头，但是过高的热输入，会引起基板和复板之间产生激烈的化合反应，从而导致复合板中的复板部分被严重稀释、甚至破坏，从而丧失功能性，并且在复板和基板之间发生化合反应后，往往会生成大量具有硬、脆特性的金属间化合物、从而严重降低接头的性能。
综上可见，如果在高能束焊接时，能够在无需加工坡口且不使用过渡层金属的条件下，还能极大降低金属层状复合板接头中金属间化合物的形成，同时有效避免复板的稀释率问题，对于推动高能束焊接技术在金属层状复合板焊接领域的工业化应用具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，解决现有高能束焊接技术在双金属层状复合板单面焊双面成形中复板稀释严重、明显影响接头综合性能的问题，具有在无需加工坡口的条件下，还能明显降低复板稀释率、提高金属层状复合板接头性能的优点。
本发明采用以下技术方案：
一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，包括以下步骤：
步骤一：高能束焊焊接前准备
确定待焊接双金属层状复合板的材质以及复板的厚度h1和基板的厚度h2，清除复合板对接面的粉尘和油污，保持对接面的清洁；
步骤二：复合板中复板的焊接
将待焊的复合板进行对接组对，组对间隙要求小于高能束热源光斑或高能束流直径，并且使复板一侧面向高能束热源，然后采用高能束热源对其进行焊接，实现复合板中复板的焊接，保证熔深H1的范围是1.0h1≤H1≤1.15h1；
步骤三：复合板中基板的焊接
将步骤二中已焊完复板的复合板翻转，固定好后，采用高能束热源进行基板部分的焊接，并保证熔深H2的范围是0.9h2≤H2≤1.0h2，且h1+h2+0.30mm≥H1+H2≥h1+h2+0.01mm，完成双金属层复合板的高能束焊接。
所述的高能束热源，包括等离子、激光以及电子束热源。
本发明的有益效果是：
1、通过先焊接复板再焊接基板的两步焊接方法，能够显著降低复板和基板的化合反应，几乎不降低复板的稀释率，并且极大的降低接头中化合物的生成量，提高接头的综合性能。
2、本发明提出的一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，可以免去传统复合板焊接焊前开坡口的工艺环节，并且不需要任何填充材料，还具有工艺装配简单、焊接过程方便、可靠、成本低、接头综合性能高的特点，因而具有广泛的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明焊接过程阶段示意图；
图2为常规高能束单道焊双面成形焊接示意图；
图3为采用本发明获得的6.0mm厚铝-铜复合板接头的宏观表面成形显微图；
图4采用常规高能束单道焊双面成形方法焊接法获得的6.0mm厚铝-铜复合板接头的宏观表面成形显微图；
其中，
1-复板，2-基板。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。
实施例1
如图1所示，采用本发明的一种双金属层状复合板的高能束焊接方法焊接一种6.0mm厚铝-铜双金属层状复合板，其中铝基板厚度h2为4.8mm、铜复板厚度h1为1.2mm，本实施例中高能束热源采用电子束进行焊接，具体包括以下步骤：
步骤一：高能束焊焊接前准备
清除复合板对接面的粉尘和油污，保持对接面的清洁；
步骤二：铝-铜复合板中铜复板的焊接
将待焊的铝-铜复合板进行紧密的对接组对，并且使复板1一侧面向高能束热源，然后采用高能束热源对其进行焊接，实现复合板中复板1的焊接，保证熔深H1的范围是1.0h1≤H1≤1.15h1，本实施例中采用的焊接参数为焊接电压为60kV、焊接电流37mA、焊接速度280mm/min，得到的铝-铜复合板接头铜复板侧的熔深H1为1.3mm，满足1.0h1≤H1≤1.15h1，即1.2mm≤H1≤1.38mm的要求。
步骤三：将步骤二中已焊完复板1的复合板翻转，固定好后，采用高能束热源进行铝-铜复合板中铝基板2的焊接，并保证熔深H2的范围是0.9h2≤H2≤1.0h2，且h1+h2+0.30mm≥H1+H2≥h1+h2+0.01mm；本实施例中采用的焊接参数为焊接电压为60kV、焊接电流42mA、焊接速度280mm/min，得到的复合板接头铝基板2侧的熔深H2达到4.78mm，满足0.9h2≤H2≤1.0h2，即4.32mm≤H2≤4.8mm的要求，且保证了h1+h2+0.30mm≥H1+H2≥h1+h2+0.01mm，即6.3mm≥6.08mm≥6.01mm的要求。
最终，完成双金属层复合板的高能束焊接。
通过上述焊接过程，获得的铝-铜双金属复合板的接头截面形貌如图3所示，由图可见，铜复层在焊后未发生破坏，几乎没有稀释现象出现，接头的界面中也几乎无金属间化合物出现，接头质量良好。
为了更好的将本发明与现有技术进行对比，本实施例同时举出对比例，采用一种常规高能束单道焊双面成形的方法进行焊接，具体包括以下步骤：
步骤一：焊前准备
准备两块4.8mm厚的铝基板和厚度为1.2mm的铜复板构成的6.0mm复合板，清除复合板对接面的粉尘和油污，保持对接面的清洁。
步骤二：常规高能束单道焊双面成形法焊接
将电子束位于对接面的正上方进行焊接，工艺参数如下：焊接电压为60kV、焊接电流52mA、焊接速度280mm/min，如图2所示，保证工件被完全熔透。
通过上述焊接过程，获得的铝-铜双金属复合板的接头截面形貌如图4所示，由图可见，铜复层在焊后几乎全被破坏，接头的界面中生成了一层连续的金属间化合物过渡层，严重影响了复合板接头的质量。

Claims (2)

1.一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：高能束焊焊接前准备
确定待焊接双金属层状复合板的材质以及复板(1)的厚度h1和基板(2)的厚度h2，清除复合板对接面的粉尘和油污，保持对接面的清洁；
步骤二：复合板中复板(1)的焊接
将待焊的复合板进行对接组对，组对间隙要求小于高能束热源光斑或高能束流直径，并且使复板(1)一侧面向高能束热源，然后采用高能束热源对其进行焊接，实现复合板中复板(1)的焊接，保证熔深H1的范围是1.0h1≤H1≤1.15h1；
步骤三：复合板中基板(2)的焊接
将步骤二中已焊完复板(1)的复合板翻转，固定好后，采用高能束热源进行基板(2)部分的焊接，并保证熔深H2的范围是0.9h2≤H2≤1.0h2，且h1+h2+0.30mm≥H1+H2≥h1+h2+0.01mm，完成双金属层复合板的高能束焊接。
2.根据权利要求1所述的一种双金属层状复合板的高能束焊接方法，其特征在于：所述的高能束热源，包括等离子、激光以及电子束热源。
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