一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法技术

本发明专利技术公开了一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其包括如下步骤：S1，将两个工件相对垂直角接并夹紧固定于加热台上，两个工件的待焊面之间留有焊接间隙，将钎料预置于两个工件的角接处，加热台设有与两个工件角接位置相对应的转角，所述转角内布置有加热管；S2，调节焊接温度使得钎料处于半固态状态，采用搅拌头沿焊接方向行进，调节铣削工艺参数，由搅拌头铣削两个工件靠近焊接间隙的表面产生钢屑，钢屑在搅拌头旋转作用下弥散分布于半固态钎料中，部分弥散分布有钢屑的半固态钎料在搅拌头的作用下进入两个工件的焊接间隙，冷凝后连接两个工件的待焊面形成焊接接头。其能够提高焊接接头的力学性能和焊接效率，简单可行，易于操作。

A semi-solid brazing method of steel corner joint based on milling assistance

【技术实现步骤摘要】
一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法
本专利技术涉及焊接技术，具体涉及钢质材料的钎焊方法。
技术介绍
随着航空航天、汽车装备制造、航海工业等现代技术迅速发展，为了缓解能源短缺带给人们的生活经济压力，降低生产生活成本，优化产能结构，对于焊接结构件的要求提出了越来越高的标准。钢质交接结构得到了广泛的重视，其应用范围也越来越广，在未来的制造业方面，轻量化是交通工具节能减排的重要手段之一。钎焊的钢质接头具有一定的室温和高温力学性能。采用爆炸焊、外加热源搅拌摩擦焊、扩散焊等，能够实现同质钢构件的优质连接，但是这些焊接方法对工件的夹持方式、接头形式有着较高要求，并且工艺参数较多，成本偏高，产出的效率低于行业内平均值，从而在实际的工业生产中受到了非常大的限制。在某些非结构件焊接中，例如某型装甲车车门处焊接对接头力学性能要求较低，但是对其密封性、抗腐蚀要求较高。普通车门窗框大多采用薄钢板冲压成型或滚压成型，但军用车辆服役环境复杂，要求整体车体拥有较高的结构强度与密封效果，考虑到车门处的密封问题，现普通装甲车车门窗框处采用手工电弧焊、二氧化碳保护焊、密封胶粘连等连接方式。在国内连接大型运输车、军用车的车体焊接中多采用手工电弧焊与二氧化碳保护焊，上述两种焊接方法较为成熟，工艺参数少且简单，操作难度与生产成本都较低，尤其是国内大型构件焊接中已经成功运用在工业生产的各个方面。但是对于某些精密位置、薄板的车身部件，上述两种焊接方法不可避免会因为高热输入、热影响区宽，引起焊件发生变形翘曲、应力集中等问题。采用密封胶方式对车门窗框连接一定程度上能够解决密封性问题，成本较低且实际操作简便，在长时间使用过程中暴露出胶体老化易开裂，使用年限短等问题。现今，国内外学者在半固态钎焊方面做了非常多的工作，发现半固态钎焊过程中无需钎剂即可实现破碎母材基体氧化膜，减薄金属间化合物层厚度的效果，其次通过调控钎料固相分数能够获得性能较为优质的焊接接头。故通过半固态钎焊能够有效解决同质钢角接接头的焊接难点。CN102266994B公开了一种外加振动能量辅助下的铝合金与镁合金异质半固态钎焊方法，该方法将铝合金与镁合金焊件装卡在卡具上并在两待焊表面放置Zn-Al或Al-Si系的中温钎料，钎料采用片状，箔状，镀层或事先喷涂在待焊表面，通过加热、加压并配合一定振幅完成焊接。通过外加能量辅助，固相颗粒冲击母材基体，破碎母材基体氧化膜，同时能够起到金属间化合物层厚度减薄的效果，有利于获得较为优质的焊接接头。然而，该焊接方法采用振动和加压装置，无疑增大了焊接设备复杂程度以及生产成本。此外，接头界面形貌呈微观波浪状，弯曲程度不足，接头抗裂能力下降，降低了接头的耐疲劳性能，不利于接头性能强化。CN108941828A公开了一种半固态无钎剂辅助的异种金属钎焊装置及方法，将待焊管件固定至夹具上，并在两个管件接口处预置钎料箔片，首先通过电磁脉冲方式将待焊件成形，然后通过高频感应加热对接头部分进行加热，使得钎料箔片熔化从而填充焊缝形成完整接头。但该方法为了促进钎料润湿形成冶金结合接头，通过磁脉冲方式以一定的冲击速度破碎母材氧化膜，配合高频感应装置将钎料加热至半固态状最终实现焊接。但是，该方法通过外加能量场及半固态颗粒对母材冲击，获得的接头界面较为平直，对接头形成机械咬合的效果有限，仍然存在母材与焊缝基体的物理差异大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其能够提高焊接接头的力学性能和焊接效率，简单可行，易于操作。本专利技术所述的基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其包括如下步骤：S1，将两个工件相对垂直角接并夹紧固定于加热台上，两个工件的待焊面之间留有0.5~1mm的焊接间隙，将钎料预置于两个工件的角接处，所述加热台设有与两个工件角接位置相对应的转角，所述转角内布置有加热管；S2，调节焊接温度使得钎料处于半固态状态，钎料的固相分数为40~60%，通入保护气体，采用搅拌头沿焊接方向行进，调节铣削工艺参数，由搅拌头铣削两个工件靠近焊接间隙的表面产生钢屑，所述钢屑在搅拌头旋转作用下弥散分布于半固态钎料中，部分弥散分布有钢屑的半固态钎料在搅拌头的作用下进入两个工件的焊接间隙，冷凝后连接两个工件的待焊面形成焊接接头。进一步，所述S2中的焊接温度为350~600℃，铣削工艺参数包括：搅拌头下压量为0.2~0.5mm，搅拌头转速为1300~5400rpm，焊接速度为44~120mm/min。更优地，所述S2中焊接温度为450~600℃，搅拌头下压量为0.2~0.5mm，搅拌头转速为2720~5400rpm，焊接速度为80~100mm/min，便于弥散分布有钢屑的半固态钎料更好地进入两个工件的焊接间隙中，提高焊接接头性能。进一步，所述搅拌头包括柄部和与柄部连接的铣削部，所述铣削部自端面向柄部方向设有多个台阶，所述多个台阶直径自远离柄部方向减小，单个台阶能够同时切削两个工件靠近焊接间隙的表面。进一步，所述铣削部锥角为30~45°，铣削部长度、台阶数量和台阶直径根据工件尺寸进行合理调整。进一步，装有搅拌头的搅拌器上连接有焊缝成型器，防止钎料溢出，所述焊缝成型器中部设有容搅拌头转动的过孔，两端分别与两个工件接触，且焊缝成型器与两个工件之间形成焊缝成型腔室。进一步，所述钎料为Zn-Al系钎料或Al-Si系钎料。进一步，所述搅拌头材质为YG-6、YG-6x或YG-8硬质合金。进一步，所述保护气体为氩气，流量为10~20L/min。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果。1、本专利技术通过搅拌头在两个工件的靠近焊接间隙处切削产生钢屑，由于搅拌头高速旋转将细小的钢屑弥散梯度分布于半固态钎料中，冷凝后形成焊接接头，减小了接头金属线膨胀系数，从而有效缓解了接头残余应力。并且在搅拌头铣削条件下，从钢质工件上剥离下的钢屑颗粒与焊接接头金属发生冶金反应，避免了钢屑成为焊缝夹杂，提高了焊接接头的力学性能。2、本专利技术通过调整焊接温度和铣削工艺参数使得钎料处于半固态，且钎料的固相分数为40~60%，改变了钎料黏度，增强了钎料与钢质工件的润湿铺展能力，在搅拌头高速旋转搅拌辅助下，促进钎料填充接头间隙，有利于在角接接头处形成力学性能良好的焊接接头。3、本专利技术通过搅拌头机械去除母材基体氧化膜，无需化学钎剂即可实现焊接，避免了接头存在化学残留，增强了接头的耐腐蚀性能。4、本专利技术通过在搅拌头的铣削部上设置多个台阶，多个台阶直径自远离柄部方向减小，单个台阶能够同时切削两个工件靠近焊接间隙的表面，进而在焊接接头界面产生大弯曲变形，增大接头界面处粗糙程度，促进了钎料润湿铺展，最终有效提高了焊接接头界面抗裂能力。5、本专利技术通过布置在加热台上的加热管对工件和预置钎料进行加热，结合搅拌头的使用，使得部分弥散分布有钢屑的半固态钎料在搅拌头的挤压作用下进入至两个工件的焊接间隙，无需将钎料布置于焊接间隙再对工件整体加热，实现了局部区域加热，热影响区窄，减少了工件因大热输入量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，将两个工件相对垂直角接并夹紧固定于加热台上，两个工件的待焊面之间留有0.5~1mm的焊接间隙，将钎料预置于两个工件的角接处，所述加热台设有与两个工件角接位置相对应的转角，所述转角内布置有加热管；/nS2，调节焊接温度使得钎料处于半固态状态，钎料的固相分数为40~60%，通入保护气体，采用搅拌头沿焊接方向行进，调节铣削工艺参数，由搅拌头铣削两个工件靠近焊接间隙的表面产生钢屑，所述钢屑在搅拌头旋转作用下弥散分布于半固态钎料中，部分弥散分布有钢屑的半固态钎料在搅拌头的作用下进入两个工件的焊接间隙，冷凝后连接两个工件的待焊面形成焊接接头。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将两个工件相对垂直角接并夹紧固定于加热台上，两个工件的待焊面之间留有0.5~1mm的焊接间隙，将钎料预置于两个工件的角接处，所述加热台设有与两个工件角接位置相对应的转角，所述转角内布置有加热管；
S2，调节焊接温度使得钎料处于半固态状态，钎料的固相分数为40~60%，通入保护气体，采用搅拌头沿焊接方向行进，调节铣削工艺参数，由搅拌头铣削两个工件靠近焊接间隙的表面产生钢屑，所述钢屑在搅拌头旋转作用下弥散分布于半固态钎料中，部分弥散分布有钢屑的半固态钎料在搅拌头的作用下进入两个工件的焊接间隙，冷凝后连接两个工件的待焊面形成焊接接头。


2.根据权利要求1所述的基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其特征在于：所述S2中的焊接温度为350~600℃，铣削工艺参数包括：搅拌头下压量为0.2~0.5mm，搅拌头转速为1300~5400rpm，焊接速度为44~120mm/min。


3.根据权利要求1或2所述的基于铣削辅助的钢质角接接头半固态钎焊方法，其特征在于：所述S2中的两个工件的焊接温度为450~600℃，搅拌头下压量为0.2~0.5mm，搅拌头转速为2720~5400rpm，焊接速度为80~100mm/min。

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【专利技术属性】
技术研发人员：许惠斌，韩世伟，罗展，丛伟，钟万亮，李默阳，
申请(专利权)人：重庆理工大学，重庆铁马工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50