一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法技术

本发明专利技术公开了一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法，涉及材料焊接技术领域，所述低温应力缓释方法为：将钛合金和铝合金采用熔钎焊焊接成钛铝焊接接头后，将脉冲电源正极接钛铝焊接接头的铝合金侧，负极接钛铝焊接接头的钛合金侧，并沿钛铝焊接接头的焊缝方向对称、均匀地加载强流窄脉冲电流，利用强流窄脉冲电流在金属材料中的电致塑性效应，释放钛铝焊接接头内部残余应力，提高接头强韧性，同时利用强流窄脉冲电流维持钛铝焊接接头在电流加载过程中持续低温，避免高温处理带来的缺陷。其操作简单且应用场景没有较大限制，有利于在实际生产中大规模使用。有利于在实际生产中大规模使用。有利于在实际生产中大规模使用。

【技术实现步骤摘要】
一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法


[0001]本专利技术涉及材料焊接
，更具体地说涉及一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法。

技术介绍

[0002]为提高高速列车速度、降低能耗、提高载运能力，针对于高速列车车体结构轻量化要求，目前使用的车体材料已经以铝合金为主，但是，在关键承载部件上，仍然采用密度较大的钢结构。钛合金具有密度低、低温韧性好、比强度高、耐蚀性好等优点，所以其成为了进一步突破车体轻量化瓶颈、替代关键承载钢的理想化材料。钛/铝合金的有效连接问题成为了研制过程中的最大阻力。
[0003]目前，使用熔钎焊完成钛/铝合金异种金属的连接成为了高速列车上钛/铝异质结构连接技术的热点，但是熔钎焊连接还是存在诸多问题待解决，最主要的问题之一就是钛/铝熔钎焊接头强度不足。在实际生产中，常常采用在焊后进行热处理消除残余应力，但是此方法耗能高、耗时长，并且实施过程需要在高温下完成，对温度、时间的控制要求高，容易产生如裂纹、组织改变等新的缺陷，导致接头力学性能下降。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法，以解决上述存在的耗能高、耗时长、容易产生新的缺陷、导致接头力学性能下降等问题。本专利技术通过加载强流窄脉冲的方式，利用脉冲电流在金属中的电致塑性效应，提高接头强韧性，同时脉冲电流采用强流窄脉冲的方式控制应力缓释过程是在低温下完成，避免了高温带来的缺陷，且本专利技术操作简单，应用场景也更为广阔，能够推动钛铝复合结构进一步的实际应用。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
[0006]一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法，所述低温应力缓释方法为：将钛合金和铝合金采用熔钎焊焊接成钛铝焊接接头后，将脉冲电源正极接钛铝焊接接头的铝合金侧，负极接钛铝焊接接头的钛合金侧，并沿钛铝焊接接头的焊缝方向对称、均匀地加载强流窄脉冲电流，利用强流窄脉冲电流在金属材料中的电致塑性效应，释放钛铝焊接接头内部残余应力，同时利用强流窄脉冲电流维持钛铝焊接接头在电流加载过程中持续低温。
[0007]本专利技术中，利用强电流窄脉冲在金属材料中的电致塑性效应，可以有效释放熔钎焊接头残余应力，提高接头强韧性，其机理如下：脉冲电流将导致焊缝中电子迁移，与位错相互作用，增加焊缝中位错的振动频率，在不改变其位错形式的情况下使得位错重新分布，以及脉冲电流能够激励焊缝中生成的脆性相再结晶，细化晶粒，从而释放接头中的残余应力，以提高焊接接头的强韧性。
[0008]其中，电致塑性效应是指：脉冲电流通过金属材料时，产生大量的定向漂移的自由
电子(电子风)。漂移电子群频繁地定向撞击位错，会对位错段产生一个类似于外加应力的电子风力，促进位错在其滑移面上的移动。同时，施加脉冲电流时电能、热能和应力是被瞬时输入到材料中，原子的随机热运动在脉冲电流瞬时冲击力作用下获得足够的动能离开平衡位置，原子的扩散能力加强，位错更容易滑移、攀移，从而提高了金属的塑性。
[0009]脉冲电流选择强流窄脉冲是因为：电流流过金属会产生焦耳热，选择强流窄脉冲能够降低焦耳热效应，从而使得加载过程中没有明显的热效应，因此选择强流窄脉冲能保证应力缓释过程中焊接接头的低热效应。强流窄脉冲沿钛铝焊接接头的焊缝方向对称、均匀地加载，使其能够均匀作用于整个焊缝。
[0010]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流过程中，强流窄脉冲电流维持钛铝焊接接头在20
‑
40℃低温。
[0011]上述方法中，将钛铝焊接接头温度维持在20
‑
40℃的目的是避免高温处理带来的缺陷，脉冲电流选用强流窄脉冲可以将钛铝焊接接头温度维持在20
‑
40℃。
[0012]本专利技术主要包括表面预处理和释放接头残余应力两个步骤，具体如下：
[0013]一、表面预处理
[0014]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流前，使用砂轮机打磨钛铝焊接接头焊缝周围表面，去除焊缝周围导电区域的氧化膜。
[0015]上述方法中，打磨去除焊缝周围导电区域的氧化膜的目的是为了防止氧化膜降低导电性，氧化膜去除后提高了钛铝焊接接头的导电性能，使脉冲电流能顺利加载释放接头内部的残余应力。
[0016]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流前，沿着钛铝焊接接头焊缝两侧对称绘制正、负电极夹加载点位。
[0017]上述方法中，绘制正、负电极夹加载点位的目的是方便脉冲电流的加载，控制电极与焊缝位置，防止有明显的热效应或加载脉冲电流效果不明显。同时其加载点位对称绘制，使脉冲电流沿对称点位加载，均匀作用于整个焊缝。
[0018]优选的，所述加载点位与焊缝的距离为50
‑
80mm，沿焊缝方向的两个加载点位之间的距离为3
‑
5mm。
[0019]上述表面预处理步骤中，使用砂轮机打磨焊缝周围表面，沿着焊缝两侧对称绘制正、负电极夹加载点位。进行预处理的目的主要有三方面：一是除去导电区域氧化膜，防止其降低导电性；二是控制电极与焊缝位置，防止有明显的热效应或加载脉冲电流效果不明显；三是沿对称点位加载脉冲电流，能够均匀作用于整个焊缝。
[0020]二、释放接头残余应力
[0021]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流时，固定钛铝焊接接头并沿钛铝焊接接头焊缝方向依次逐个对所述加载点位加载脉冲电流。
[0022]上述方法中，固定钛铝焊接接头的目的是为了防止其在加载脉冲电流时移位影响脉冲电流的加载；依次逐个对加载点位加载使得强流窄脉冲能够均匀作用于整个焊缝使得脉冲电流作用效果均匀。
[0023]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流时，每个加载点位施加3
–
10个脉冲。释放接头中的残余应力。
[0024]优选的，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流时，脉冲电流密度为2000
‑
3000A/
cm2，脉冲宽度为50
‑
150μs，频率为1Hz。
[0025]上述释放接头残余应力步骤中，固定钛铝熔钎焊对接接头，将脉冲电源正极接铝合金侧，脉冲电源负极接钛合金侧，沿焊缝方向依次逐个点位加载脉冲电流，每个点位施加3
–
10个脉冲，释放接头中的残余应力。
[0026]本专利技术提供的强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法，利用脉冲电流在金属材料中的电致塑性效应，以释放钛/铝接头中的残余应力，其它如钢/铝、钛/钢等异种金属材料接头也可加载强流窄脉冲释放接头残余应力，处理原理与本专利技术相同。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术提供的铝焊接接头低温应力缓释方法，利用强电流窄脉冲在金属材料中的电致塑性效应，可以有效释放熔钎焊接头残余应力，提高接头强韧性。该方法过程中没有明显的热效应，加载脉冲电流过程中试样温度维持在20
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强流窄脉冲辅助钛铝焊接接头低温应力缓释方法，其特征在于，所述低温应力缓释方法为：将钛合金和铝合金采用熔钎焊焊接成钛铝焊接接头后，将脉冲电源正极接钛铝焊接接头的铝合金侧，负极接钛铝焊接接头的钛合金侧，并沿钛铝焊接接头的焊缝方向对称、均匀地加载强流窄脉冲电流，利用强流窄脉冲电流在金属材料中的电致塑性效应，释放钛铝焊接接头内部残余应力，同时利用强流窄脉冲电流维持钛铝焊接接头在电流加载过程中持续低温。2.如权利要求1所述的低温应力缓释方法，其特征在于，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流过程中，强流窄脉冲电流维持钛铝焊接接头在20
‑
40℃低温。3.如权利要求1所述的低温应力缓释方法，其特征在于，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流前，使用砂轮机打磨钛铝焊接接头焊缝周围表面，去除焊缝周围导电区域的氧化膜。4.如权利要求1所述的低温应力缓释方法，其特征在于，在钛铝焊接接头加载强流窄脉冲电流前，沿着钛铝焊接接头焊缝两侧对称绘制正、负电极夹加载点...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宗涛，杨峰，李远星，陈辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：