一种弥散铜固相焊接方法技术

一种弥散铜固相焊接方法，包括如下步骤：对焊接试板的焊接接头进行加工和表面处理、两块待焊试板组对安装在焊接工装上、对待焊试板施加竖向预紧以约束待焊试板之间的间隙、根据焊接参数进行正面的搅拌摩擦焊、再按照前述方法进行另一面的焊接。本发明专利技术可以实现大截面尺寸弥散铜焊接成型，使得弥散铜板坯尺寸不受限制，显著降低需求单位设计难度。

【技术实现步骤摘要】
一种弥散铜固相焊接方法
本专利技术属于陶瓷颗粒弥散强化型金属材料固相焊接
，具体涉及一种弥散铜固相焊接方法。
技术介绍
弥散铜是一种高强高导铜基复合材料，其基体中弥散分布着纳米级氧化铝颗粒强化相，在保证铜基体高导电、高导热性能同时，显著提高了材料的软化温度、硬度和强度。由于弥散铜材料加工硬化速率高、变形加工难度大，采用轧制、锻造等工艺难以制备出大截面尺寸或者形状复杂的异形构件，因此弥散铜的焊接技术显得格外重要。现有弥散铜焊接工艺主要有熔焊和钎焊，涉及到的材料主要有弥散铜与弥散铜，以及弥散铜与紫铜、铬锆铜、不锈钢、铝及铝合金等。由于氧化铝与铜金属的密度差异大、浸润性差，熔焊时弥散铜中的氧化铝会漂浮于熔池上方，造成熔焊层之间出现夹杂，影响接头力学性能；专利采用每道次酸洗除杂，虽然能改善熔焊效果，但增加了酸洗步骤，降低了生产效率。弥散铜钎焊也存在一定弊端，比如需要采用昂贵的银基钎料，钎焊工艺复杂且对设备能力要求高，接头质量不稳定，钎焊层晶界反应严重、易出现孔洞。最棘手的问题是，弥散铜熔焊、钎焊过程中引入了焊丝、钎料等异种材质，焊接接头成为弥散铜焊接件性能薄弱部位，导致弥散铜构件不能继承弥散铜材料的高强、高导、耐高温等性能，限制了弥散铜焊接件的应用范围。有文献研究指出可以采用搅拌摩擦焊的方式实现弥散铜的焊接，但是对于大截面尺寸弥散铜构件来说，搅拌摩擦焊接时，很容易出现沿垂直于焊缝方向向两侧炸开或者向上翘曲变形，而且也会出现焊缝分层影响焊接质量的问题。所述的“大截面尺寸”是指棒料直径≥60mm或板坯边长≥100mm。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种弥散铜固相焊接方法，该方法借助所设计的焊接工装，对弥散铜的焊接采用搅拌摩擦焊的技术，可以解决大截面尺寸弥散铜焊接过程的质量问题。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种弥散铜固相焊接方法，包括如下步骤：步骤一，将两块待焊试板的焊接接头位置加工成直角平板接头，然后对接头位置进行表面处理；步骤二，将两块待焊试板以接头相对的形式组对并安装在焊接工装的两个边部定位挡条之间，并且使得两块待焊试板的前端抵在焊接工装的端部定位挡条上；步骤三，通过焊接工装的侧面预紧压板对每块待焊试板上与焊缝平行的边部施加竖向的预紧力，并确保两块待焊试板之间的间隙小于0.2mm；步骤四，采用搅拌摩擦焊对两块待焊试板进行正面焊接，搅拌摩擦焊的主轴倾角为2.5°，主轴转速100～480rpm，焊接速度100～200mm/min，轴肩下压量0.1～1mm；在进行焊接过程中，安装在主轴前进侧的压紧轮随主轴同步前进，对搅拌头前端的焊缝进行约束；步骤五，完成试板正面焊接后，对焊缝进行打磨清理，然后将试板翻转，使得焊缝同向反置，再按照步骤二、三重新将试板安装在焊接工装上，并以步骤四的焊接参数进行试板背面的焊接，焊接完成后，将焊接后的试板从焊接工装上取下。所述步骤一中的表面处理包括对试板焊接接头位置的打磨和清洗。对试板焊接接头位置清洗时采用丙酮或酒精清洗。所述搅拌头的长度为待焊试板厚度的1/2～3/4。所述的焊接工装具有一块基板，所述的边部定位挡条和端部定位挡条均焊接在所述的基板上表面，且边部定位挡条的厚度小于待焊试板的最大厚度，以使得所述侧面预紧压板在压紧待焊试板的同时与边部定位挡条之间留有间隙。所述侧面预紧压板一端压紧在待焊试板上，另一端伸出待焊试板，由螺栓固定在所述基板上，并通过螺栓的旋进程度控制侧面预紧压板的预紧力大小。所述压紧轮通过支架安装在所述主轴上，压紧轮的轴向宽度大于所述焊缝的宽度。所述两块待焊试板中，一块是弥散铜试板，另一块是弥散铜试板或异种金属试板。本专利技术的有益效果是：弥散铜硬度高，且在800-950℃范围内不存在高温软化行为，因此，当采用搅拌摩擦焊时，搅拌头扎入两个弥散铜试板接头缝隙后，弥散铜试板极易沿垂直于焊缝方向向两侧炸开，以及发生向上的翘曲变形，导致弥散铜搅拌摩擦焊起始阶段焊接质量差，轻则引起焊缝分层，重则导致焊缝前进侧产生犁沟，并且随着焊接向前进行，这些缺陷可能会被引入到新的焊缝中。为此，本专利技术所述的焊接方法借助焊接工装，通过边部定位挡条和端部定位挡条组成的周向定位挡条可以对两块弥散铜试板进行定位约束，可以避免弥散铜试板初始焊接时炸裂，而且周向定位挡条可以与侧面预紧压板配合，保证两块弥散铜试板焊接接头的间隙小于0.2mm，从而提高焊接质量。由于弥散铜热膨胀系数大，焊接过程中的热应力易导致焊核周围材料翘曲变形，特别是搅拌头前端的焊缝因拱起变形导致焊缝减薄量增大，因此需要增加对搅拌头前端焊缝的约束。本专利技术采用与搅拌主轴同步前进的压紧轮对搅拌头前端的焊缝进行约束，从而提高整条弥散铜焊缝厚度的均匀性。针对弥散铜单面摩擦焊容易出现根部弱连接、导致接头力学性能不足的问题，本专利技术采用双面摩擦焊工艺，其中搅拌头长度为待焊材料板厚的1/2～3/4。在单面焊接完成后，对焊缝飞边毛刺等打磨干净，将焊缝同向反置，然后进行背面焊接。弥散铜双面摩擦焊可避免单面焊接时根部弱连接问题，显著提高了弥散铜接头的力学性能。本专利技术不仅可以实现弥散铜与弥散铜的焊接，还可适用于弥散铜和异种金属之间的焊接，解决了大截面尺寸弥散铜成型难题，且加工工艺简单，便于自动控制。采用本专利技术所述方法后，在摩擦热及搅拌力的双重作用下，弥散铜焊核区材料发生剧烈塑性变形。通过控制主轴转速及焊接速度，保证弥散铜材料充分流动且不超过熔点，可实现弥散铜之间高质量连接。测试结果显示，弥散铜搅拌摩擦焊接头组织致密、晶粒细小，接头的显微硬度达到母材的95%、抗拉强度达到母材的94%、导电率达到母材的98%；经900℃、2h热处理后，接头的显微硬度仍能保持热处理前的91%。受加工设备能力限制，弥散铜锭坯直径或板材宽度难以突破200mm。采用本专利技术后，通过采用焊接工装的弥散铜搅拌摩擦焊焊接，可以实现大截面尺寸弥散铜焊接成型。弥散铜板坯尺寸不受限制，显著降低需求单位设计难度。本专利技术的弥散铜搅拌摩擦焊焊接技术具有工序较少、操作简单的特点，还可通过设置焊接参数实现焊接过程自动控制，大幅降低了劳动强度，保证了焊接质量，提高了焊接效率。附图说明图1为本专利技术所用焊接工装的结构示意图；图2为采用本专利技术的焊接方法焊接后的弥散铜焊缝示意图；图中标记：1、基板，2、待焊试板A，3、待焊试板B，4、主轴，5、侧面预紧压板，6、压紧轮，7、边部定位挡条，8、端部定位挡条。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。一种弥散铜固相焊接方法，该方法需要通过焊接工装的辅助，下面参照附图所示，对所述焊接工装的结构加以说明。如图1所示，所述的焊接工装包括一个基板1作为底座，基板1上焊接有两个对称设置的边部定位挡条7和一个端部定位挡条8，端部定位挡条8和两个边部定位挡条7构成对两块待焊试板半包围的、以实现定位的周向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弥散铜固相焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一，将两块待焊试板的焊接接头位置加工成直角平板接头，然后对接头位置进行表面处理；/n步骤二，将两块待焊试板以接头相对的形式组对并安装在焊接工装的两个边部定位挡条之间，并且使得两块待焊试板的前端抵在焊接工装的端部定位挡条上；/n步骤三，通过焊接工装的侧面预紧压板对每块待焊试板上与焊缝平行的边部施加竖向的预紧力，并确保两块待焊试板之间的间隙小于0.2mm；/n步骤四，采用搅拌摩擦焊对两块待焊试板进行正面焊接，搅拌摩擦焊的主轴倾角为2.5°，主轴转速100～480rpm，焊接速度100～200mm/min，轴肩下压量0.1～1mm；在进行焊接过程中，安装在主轴前进侧的压紧轮随主轴同步前进，对搅拌头前端的焊缝进行约束；/n步骤五，完成试板正面焊接后，对焊缝进行打磨清理，然后将试板翻转，使得焊缝同向反置，再按照步骤二、三重新将试板安装在焊接工装上，并以步骤四的焊接参数进行试板背面的焊接，焊接完成后，将焊接后的试板从焊接工装上取下。/n

【技术特征摘要】
1.一种弥散铜固相焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将两块待焊试板的焊接接头位置加工成直角平板接头，然后对接头位置进行表面处理；
步骤二，将两块待焊试板以接头相对的形式组对并安装在焊接工装的两个边部定位挡条之间，并且使得两块待焊试板的前端抵在焊接工装的端部定位挡条上；
步骤三，通过焊接工装的侧面预紧压板对每块待焊试板上与焊缝平行的边部施加竖向的预紧力，并确保两块待焊试板之间的间隙小于0.2mm；
步骤四，采用搅拌摩擦焊对两块待焊试板进行正面焊接，搅拌摩擦焊的主轴倾角为2.5°，主轴转速100～480rpm，焊接速度100～200mm/min，轴肩下压量0.1～1mm；在进行焊接过程中，安装在主轴前进侧的压紧轮随主轴同步前进，对搅拌头前端的焊缝进行约束；
步骤五，完成试板正面焊接后，对焊缝进行打磨清理，然后将试板翻转，使得焊缝同向反置，再按照步骤二、三重新将试板安装在焊接工装上，并以步骤四的焊接参数进行试板背面的焊接，焊接完成后，将焊接后的试板从焊接工装上取下。


2.根据权利要求1所述的一种弥散铜固相焊接方法，其特征在于，所述步骤一中的表面处理包括对试板焊接接头位置的打磨和清洗。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉强，陈会东，杨硕，李文甫，王岳，谢述锋，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41