一种利用电场作用下的超塑性焊接实验装置，属于材料加工技术领域；包括用于提供电压稳定的高压电源系统；用于使待焊试样或试件处于一种气氛可调节、均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证待焊试样或试件处于给定焊接温度的焊接加热及温度控制系统；用于实现待焊试样或试件在０．０２～１００ｍｍ／ｍｉｎ变形速度范围内加载并能自动检测焊接全过程的加载及数据采集系统；本发明专利技术可对电场作用下超塑性焊接全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示；所述整套装置功能齐全、测试精度相对较高、安全可靠、使用方便，适用于固体材料在电场作用下的超塑性焊接及相关材料成形加工实验和材料应用拓展研究。？
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工
，涉及一种固体材料的焊接实验装置，尤其是涉及一种利用固体材料在电场的作用下超塑性焊接研究及应用的实验装置及方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，很多情况下需要由多种高性能新材料组成复合连接构件， 以便发挥不同迥异材料在性能与经济的优势互补；例如工程上广泛使用的双金属工模具， 超高碳钢(UHCS)与不锈钢复合板材制备等，这类难焊材料的焊接已成为其在工程应用中 亟待解决的关键问题。目前的熔焊方法一般难以实现此类材料的良好焊接。固态焊接能最 大程度地实现其与母材组织性能一致的高质量连接，已成为焊接重点发展的领域。从固态 焊接的本质分析，只要焊接面两侧很薄一层材料进行有效的塑性流变与扩散，即可形成高 质量的接头。基于此，利用材料在超塑状态下处于强烈的激活状态并呈现极强的塑性流变 与扩散能力，设计了恒温超塑性焊接(简称超塑性焊接，ISSW)技术"张柯柯，涂益民编.特 种先进连接方法.哈尔滨工业大学出版社，2008年，122页"，并呈现出良好的应用前景。待 连接材料的超塑性愈好，在低应力下愈易满足固态焊过程所必需的塑性流变与扩散，更容 易实现超塑焊合。但对于一些难变形材料来说，既使采用超塑性焊接，材料的塑性流变能 力和界面焊合率还比较低，仍需进一步寻求更为有效地提高材料塑性变形和扩散能力的途 径，以实现材料的高效高质量固态焊接。通过实验发现，电致超塑性是材料在电场作用下表 现出的超塑性，它通常可以进一步增强材料的超塑效应。对于所述难焊材料的超塑性焊接 来说，若施加合适的电场可进一步增强被连接材料的塑性效应，将有利于固态焊接所需塑 性变形机制和扩散机制的进行，使超塑性焊接过程加快，接头区质量明显提高，这将是此类 材料固态焊接最理想的选择；基于此想法引发本专利技术设计和构思。 经过对国内外相关文献检索表明，尽管人们已开发出材料超塑性焊接(ISSW)技 术，但对材料在电场作用下的高温压縮变形行为文献报导甚少或基本不涉及。电场作用下 材料的高温压縮试验一般采用圆形截面试样和环状电极。傅莉等在"《焊接学报》2004年 第03期；CN 23-1178/TG"采用环状电极研究了 LY12CZ合金棒状或管状试样的摩擦焊接， 但此装置仅在室温下使用；Di Yang和H Conrad采用不锈钢环状电极、氧化铝陶瓷绝缘材 料进行了 TiAl棒状试样在电场强度0 2kV/cm、60(TC下的压縮变形研究。早期的实验 装置存在的主要不足为工作温度未超过60(TC ;环状电极尺寸大、电场强度相对较低且均 匀性不高；高压电源品种单一 ；在强电场高温压縮变形过程中，装置绝缘性能不足，装置中 常用的绝缘材料氧化铝陶瓷的抗冲击、抗热疲劳性能也较低。为克服该实验装置存在的上 述问题，本校张柯柯、张占领等设计申报的中国专利申请"一种多功能高压电源(专利申请 号200910065108. 8)"和"一种固体材料的强电场高温压縮实验装置及方法(专利申请号 200910065109. 2)"专利技术专利申请，公开内容中提供了一种可提供多种高压电类型、工作温 度"工作温度范围为室温 100(TC"和电场强度"场强范围为0 30kV/cm"范围宽，场强 均匀、绝缘性能优良、应用范围广的压縮实验装置；通过所述装置可对电场作用下高温压縮塑性变形全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示；所述整套装置功能较为齐全、测试 精度也相对较高，并且安全可靠和使用方便，适用于在强电场下材料高温压縮变形特性测 试及相关材料成形加工实验研究。并在在先申请基础上，本校张柯柯等采用环状电极棒状 试样进行了电场强度0 10kV/cm、90(TC下的超高碳钢(UHCS)压縮变形研究，使稳态超塑 性流变应力降低10.5%、原子扩散激活能降低，为此类材料塑性变形能力的提高提供了良 好途径。但在后续的实验并结合本专利技术构思，发现利用电场应用到超塑性固态焊接中，国内 外还未见文献报道。与本专利技术相近的实验装置和焊接方法有电场环境下摩擦焊装置及方法 "《焊接学报》2004年第03期；CN 23-1178/TG"采用环状电极研究了 LY12CZ合金棒状或管 状试样的摩擦焊接。 综上所述，电场作用下材料超塑性焊接实验装置的开发是异种难焊材料的焊接加 工和以此为基础的材料成形加工技术开发应用中亟待解决的关键问题。
技术实现思路
为有效地提高材料超塑性焊接过程中被连接材料的塑性流变能力，本专利技术公开了一种，本专利技术通过施加合适的电场，利用电致塑性、超塑性进一步增强被连接材料的塑性效应，将有利于固态焊接所需塑性变形机制和扩散机制的进行，使焊接过程加快，接头区质量提高；本专利技术所述的利用电场作用下的材料超塑性焊接实验装置及方法通过提供一种气氛调节或不需要气氛调节、可提供多种高压电类型、超塑性变形条件"工作温度范围为室温 IOO(TC"和"待焊试样或试件在0. 02 100mm/min变形速度范围内加载"和电场强度"场强范围为0 30kV/cm"范围宽，场强均匀、绝缘性能优良、应用范围广的固态焊接实验装置；通过所述装置可对材料实施电场作用下多种超塑性焊接方案"电场作用下单侧、两边及预制中间夹层的超塑性焊接"，可对电场作用下超塑性焊接全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示；所述整套装置功能齐全、测试精度相对较高、安全可靠、使用方便，适用于固体材料在电场作用下的超塑性焊接及相关材料成形加工实验和材料应用拓展研究。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是 —种利用电场作用下的超塑性焊接实验装置，包括用于提供电压稳定的高压电源 系统；用于使待焊试样或试件处于一种气氛可调节、均匀稳定强电场中的施加电场装置； 用于保证待焊试样或试件处于给定焊接温度的焊接加热及温度控制系统；用于实现待焊试 样或试件在0. 02 100mm/min变形速度范围内加载并能自动检测焊接全过程的加载及数 据采集系统；所述用于提供的电压稳定的高压电源系统包括自耦调压器，升压变压器，高压 硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地端及过流 保护模块，所述高压硅堆是复数个耐压值为1500V或1500V以上的二极管串联构成，其中串 接成的高压硅堆总耐压值不低于15kV ;自耦调压器原边接220V交流电，副边接升压变压器 原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整 流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整 流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两 个高压硅堆并联起滤波作用；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的 漏电电流；所采用的过流保护措施可以确保使用过程中人和仪器的安全；其中高压硅堆由复数耐压值为5000V的二极管串联组成，其反向耐压值为80kV，正向最大电流200mA，滤波 电容为2. 2 F，高压电源可以提供0至10kV的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲 高压共同构成所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；所述用于使待焊试样 或试件处于一种气氛可调节、均匀稳定强电场中的施加电场装置，所述电极引线为耐热金 属丝，电极引线从加热炉底部接入，并用耐高温、耐高电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用电场作用下的超塑性焊接实验装置，包括用于提供电压稳定的高压电源系统；用于使待焊试样或试件处于一种气氛可调节、均匀稳定强电场中的施加电场装置；用于保证待焊试样或试件处于给定焊接温度的焊接加热及温度控制系统；用于实现待焊试样或试件在０．０２～１００ｍｍ／ｍｉｎ变形速度范围内加载并能自动检测焊接全过程的加载及数据采集系统，其特征是：所述用于提供的电压稳定的高压电源系统包括自耦调压器，升压变压器，高压硅堆，耐高压电容，电压表，电流表，正高压、负高压、交流、脉冲电压输出端、接地接全过程的加载及数据采集系统包含万能材料试验机，位移、载荷检测仪表和数据处理用的计算机，所述数据采集系统可以对电场作用下的超塑性焊接全过程进行实时跟踪、记录、数据处理及显示，所述系统可以实现０．０２～１００ｍｍ／ｍｉｎ变形速度下加载并能自动检测焊接全过程构成所述用于实现待焊试样或试件在０．０２～１００ｍｍ／ｍｉｎ变形速度范围内加载并能自动检测焊接全过程的加载及数据采集系统；所述试样或试件包含试样Ａ、试样Ｂ，在试样Ａ、试样Ｂ之间设有中间夹层。端及过流保护模块，所述高压硅堆是复数个耐压值为１５００Ｖ或１５００Ｖ以上的二极管串联构成，其中串接成的高压硅堆总耐压值不低于１５ｋＶ；自耦调压器原边接２２０Ｖ交流电，副边接升压变压器原边；升压变压器副边的一端接接地端，另一端直接输出为交流高压，或经正向高压硅堆整流输出为正直流高压，或经反向高压硅堆整流输出为负直流高压，或通过正向高压硅堆整流输出端与接地端之间并联的放电小球间隙放电输出脉冲高压；两个耐高压电容分别与两个高压硅堆并联起滤波作用；主回路串联毫安电流表，可实时监测负载系统中可能出现的漏电电流；所采用的过流保护措施可以确保使用过程中人和仪器的安全；其中高压硅堆由复数耐压值为５０００Ｖ的二极管串联组成，其反向耐压值为８０ｋＶ，正向最大电流２００ｍＡ，滤波电容为２．２μＦ，高压电源可以提供０至１０ｋＶ的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压共同构成所述用于能提供多种类型的电压稳定的高压电源系统；所述用于使待焊试样或试件处于一种气氛可调节、均匀稳定强电场中的施加电场装置，所述电极引线为耐热金属丝，电极引线从加热炉底部接入，并用耐高温、耐高电压的石英管绝缘，在环状电极和内电极上焊接耐热钢接线柱，用螺钉或等同固定件将电极引线分别连接在环状电极和内电极上，所述内电极用镍基高温合金Ｋ３制成；两个陶瓷垫块用氮化...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张柯柯，张占领，石红信，王要利，于华，岳云，马宁，孙敬，吴志伟，刘帅，刘珊中，栗海仙，杨蕴林，倪峰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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