一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用，属于异种金属焊接技术领域，该方法包括以下步骤：获取待焊接基件的焊接窗口；根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。本发明专利技术通过在基件的待焊接区域加工具有一定空间分布的特定形貌，该形貌特征能够尽可能的为每一处碰撞点提供一个合适的碰撞角度，使这些碰撞点处于能够实现焊接的冲击速度、角度的窗口内，从而实现大面积、大区域的连续焊接，能够提高焊缝质量，增大焊接面积，提升焊接件的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用
本专利技术属于异种金属焊接
，更具体地，涉及一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用。
技术介绍
异种金属焊接件在强度、重量和耐腐蚀等关键性能参数上均具有显著优势，在航空航天、汽车制造行业中具有广阔的应用前景。然而，两类合金的电阻率、导热率、比热容、熔点等物理参数相差较大，且两者之间的固溶度较低，容易在界面处形成脆性的反应层，难以通过熔焊、钎焊等传统焊接方法实现两种金属的良好焊接。高速冲击焊接是以化学能、电磁场能、高能量密度光能、高压气体等高能量密度场能或者高能束作为外界输入能量，通过能场与物质的相互作用驱动金属飞件发生高速运动，与另一金属材质的基件发生高速碰撞，在撞击面两种金属发生原子间的扩散，从而实现两种金属的冶金结合。早期研究表明，在高速冲击焊接技术中两种金属能否实现焊接，主要取决于碰撞点处冲击速度与角度的配合。Mousavi和Sartangi根据对爆炸焊接的研究，绘制了高速冲击焊接关系图，并阐述了冲击速度和角度对焊接质量的影响。只有当冲击速度和角度均为合适值的时候，接触表面在撞击点处才能高速喷出一股薄层金属材料，即所谓的“射流”现象。由于射流作用，金属表面的氧化物薄层得以破碎并清除，进一步地使表面洁净的金属在局部高温、高压的作用下形成了良好的结合界面。由于在整个焊接的全过程中，材料的变形状态是随着位置变化的，即每一处的冲击速度和角度都不一样，在单一表面的平板焊接以及管件焊接中无法使每一处都处于合适的焊接碰撞状态。在现有的高速率冲击焊接研究和应用中，无论是金属板件还是管件的焊接，都会出现焊缝不连续、大面积虚焊等情况，极大的影响了焊缝的整体性能，降低了焊接件的焊接质量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用，其目的在于通过改变基件焊接表面的形貌分布来调节设定两种材料在每一处碰撞点的冲击角度，从而匹配该点的冲击速度来达到焊接窗口中的焊接条件，由此解决高速率冲击焊接中焊缝不连续、大面积虚焊的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高速冲击焊接方法，所述方法包括以下步骤：获取待焊接基件的焊接窗口；根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。优选地，所述外界场能包括电磁能、化学能、高压气体等形式的高能量密度场能。优选地，所述波形结构为三角波形结构、正弦波形结构或多种波形混合结构。按照本专利技术的另一方面，提供了一种高速冲击焊接系统，该系统包括：电源控制模块、载荷发生装置、飞件、定位装置、基件和支撑装置；所述电源控制模块连接于所述载荷发生装置；所述载荷发生装置设置于所述飞件非焊接面的一侧；所述飞件焊接面与所述基件的焊接面相对设置；所述定位装置放置于所述飞件与所述基件之间；所述支撑装置贴合于所述基件的非焊接面；所述电源控制模块用于向所述载荷发生装置通入脉冲电流；所述载荷发生装置用于将电能转换为外界场能并加载于所述飞件的非焊接面；所述飞件用于在所述外界场能的作用下发生形变并与所述基件发生碰撞；所述定位装置用于调节所述飞件与所述基件的距离和角度；所述支撑装置用于固定并支撑所述基件。优选地，所述载荷发生装置为平板线圈磁体装置，包括平行于所述飞件设置的焊接段和回路段，所述焊接段的截面积小于所述回路段的截面积；所述回路段用于在通过脉冲电流时产生脉冲磁场，并作用在所述飞件的非焊接区域使其产生电磁力驱使所述飞件非焊接区域紧贴所述定位装置；所述焊接段用于在通过脉冲电流时产生脉冲磁场，并作用在所述飞件的焊接区域使其产生电磁力驱使所述飞件的焊接区域向远离所述焊接段的方向运动，实现与所述基件的焊接。优选地，所述载荷发生装置为匀压力线圈装置，包括线圈和导电通道；所述导电通道放置于所述飞件上并与所述飞件构成闭合回路；所述线圈设置于所述导电通道的内部并位于所述飞件焊接区域的上方；所述线圈用于在通过脉冲电流时产生脉冲磁场；所述闭合回路用于在脉冲磁场的作用下感应出与其相反的涡流，进而产生电磁排斥力驱使所述飞件焊接区域向远离所述线圈的方向运动，从而实现与所述基件的焊接。优选地，所述载荷发生装置为含能爆炸物装置；所述含能爆炸装置放置于所述飞件的上方，其用于在通入脉冲电流后升温爆炸并产生冲击波，所述冲击波作用于所述飞件焊接区域并驱使所述飞件撞击所述基件实现焊接。优选地，所述基件的焊接面分布有波形结构，所述波形结构包括波形高度和波形周期，所述波形高度和波形周期用于确定焊接的速度和角度，以使所述基件焊接区域的每一处都处于可焊接状态。优选地，所述波形结构为三角波形结构、正弦波形结构或多种波形混合结构。按照本专利技术的另一方面，提供了一种高速冲击焊接系统在板件焊接或管件焊接的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过改变基件焊接表面的形貌分布来调节设定飞件与基件在每一处碰撞点的冲击角度，从而匹配该点的冲击速度来达到焊接窗口中的焊接条件，增大了有效焊接面积，提升了焊接件整体强度和焊接质量；2、本专利技术可以广泛地运用于磁脉冲焊接、爆炸焊接、电液焊接等多种高速冲击焊接领域，具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术中高速冲击焊接系统的结构示意图；图2是本专利技术中高速冲击焊接系统的焊接窗口的示意图；图3是本专利技术的一个实施例中载荷发生装置为平板线圈磁体装置的结构示意图；图4是本专利技术的一个实施例中载荷发生装置为匀压力线圈装置的结构示意图；图5是本专利技术的一个实施例中载荷发生装置为含能爆炸物装置的结构示意图；图6是本专利技术中基件的波形结构为三角波形结构的示意图；图7是本专利技术中基件的波形结构为正弦波形结构的示意图；图8是本专利技术中基件的波形结构为多种波形混合结构的示意图；图9是本专利技术中基件的波形结构为波形分布可变结构的示意图；图10是本专利技术的一个实施例中高速冲击焊接系统应用于管件焊接的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：电源控制模块1；载荷发生装置2；外界场能3；飞件4；定位装置5；基件6；支撑装置7；波形结构8；焊接段21；回路段22；线圈23；导电通道24；含能爆炸物装置25；线圈26；集磁器27；波形高度8-1；波形周期8-2。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种高速冲击焊接方法，其特征在于，所述方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速冲击焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n获取待焊接基件的焊接窗口；/n根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；/n将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速冲击焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取待焊接基件的焊接窗口；
根据焊接窗口在所述基件的待焊接区域加工出波形结构；
将外界场能作用于飞件表面，驱使所述飞件发生形变并与所述基件发生碰撞，在碰撞点处产生射流现象并发生原子间的扩散，实现所述飞件与所述基件的焊接。


2.根据权利要求1所述的一种高速冲击焊接方法，其特征在于，所述外界场能包括电磁能、化学能、高压气体等形式的高能量密度场能。


3.根据权利要求1或2所述的一种高速冲击焊接方法，其特征在于，所述波形结构为三角波形结构、正弦波形结构或多种波形混合结构。


4.一种基于权利要求1-3任一项所述高速冲击焊接方法的焊接系统，其特征在于，该系统包括：电源控制模块(1)、载荷发生装置(2)、飞件(4)、定位装置(5)、基件(6)和支撑装置(7)；
所述电源控制模块(1)连接于所述载荷发生装置(2)；所述载荷发生装置(2)设置于所述飞件(4)非焊接面的一侧；所述飞件(4)焊接面与所述基件(6)的焊接面相对设置；所述定位装置(5)放置于所述飞件(4)与所述基件(6)之间；所述支撑装置(7)贴合于所述基件(6)的非焊接面；
所述电源控制模块(1)用于向所述载荷发生装置(2)通入脉冲电流；所述载荷发生装置(2)用于将电能转换为外界场能并加载于所述飞件(4)的非焊接面；所述飞件(4)用于在所述外界场能的作用下发生形变并与所述基件(6)发生碰撞；所述定位装置(5)用于调节所述飞件(4)与所述基件(6)的距离和角度；所述支撑装置(7)用于固定并支撑所述基件(6)。


5.根据权利要求4所述的一种高速冲击焊接系统，其特征在于，所述载荷发生装置(2)为平板线圈磁体装置，包括平行于所述飞件(4)设置的焊接段(21)和回路段(22)，所述焊接段(21)的截面积小于所述回路段(22)的截面积；
所述回路段(22)用于在通过脉冲电流时产生脉冲磁场，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，李潇翔，赖智鹏，李昌兴，韩小涛，曹全梁，张毅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42