一种铜-钢异种金属连接方法技术

本发明专利技术提出了一种铜

【技术实现步骤摘要】
一种铜
‑
钢异种金属连接方法


[0001]本专利技术涉及异种金属连接
，具体而言，涉及一种铜
‑
钢异种金属连接方法。

技术介绍

[0002]异种金属连接技术可充分发挥不同金属间的特殊性能，扬长避短、物尽其用。钢与铜的连接，一方面能满足工件的高强度、高导电性、导热性能要求；另一方面在钢表面堆焊铜合金，能提高耐磨耐蚀性能、增强密封能力等。在核电、航空航天、化工、冶金、机电等领域中都能见到钢与铜之间的复合接头，但若异种金属间差异较大，会导致相互之间难以融合，从而导致熔焊缺陷。
[0003]铜与钢的熔点、热导率、线膨胀系数、收缩率等热物理性能差别较大，两者的熔焊接头易产生渗透裂纹缺陷和边缘开裂缺陷。这是因为铜
‑
钢熔焊结晶过程中，钢的结晶表面会产生微观裂口，这时处于液态的铜容易浸润微观裂口的表面，并在毛细管效应下渗入微观裂口中，从而形成渗透裂纹缺陷；而在铜与钢的熔焊界面区域，由于杂质和有害元素的掺入，熔合界面区域易形成低熔点共晶体和脆性化合物，降低复合接头的韧性、塑性、导电性及耐腐蚀性等性能，同时在熔合界面边缘应力集中，导致产生边缘开裂缺陷。该类缺陷会降低铜钢结构件的疲劳强度和性能，降低结构件的使用寿命。
[0004]目前，国内外针对铜钢异种金属焊接主要采用钎焊、爆炸焊、真空扩散焊等方式，如专利CN111168204A在铜与钢之间预制镍片，采用TIG焊接形成一种金属接头，该方法形成的复合接头尺寸有限，且接头性能不良。专利CN106270868A、专利CN108453350A和专利CN112170996A均采用钎焊方式形成铜钢复合接头，该类连接方法的接头抗腐蚀性能较低、接头性能不足，且应用范围受到一定限制。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是：提出一种铜
‑
钢异种金属连接方法，解决铜
‑
钢异种金属熔焊连接界面的缺陷控制难题，避免产生渗透裂纹缺陷和/或边缘开裂缺陷，实现铜
‑
钢异种金属的良好熔合。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种铜
‑
钢异种金属连接方法，以钢为基材，在钢基材表面采用CMT电弧增材制造技术制备铜合金，以通过中间过渡层和/或尺寸梯度过渡的方式，形成铜钢异种金属复合接头，从而消除铜钢异种金属复合接头的至少一种裂纹缺陷，实现铜
‑
钢两种金属的良好熔合。
[0007]优选地，所述中间过渡层为纯铁素体中间过渡层，其作为钢和铜之间连接的过渡材料，能够防止铜液沿着奥氏体晶界渗入，以消除渗透裂纹缺陷。
[0008]优选地，基于中间过渡层的方式，铜钢异种金属复合接头的制备步骤如下：
[0009]S1：钢基材表面清理；
[0010]S2：中间过渡层制备，采用CMT电弧增材制造技术，在钢基材表面制备纯铁素体中
间过渡层；
[0011]S3：铜合金增材制造，采用电弧增材制造技术在中间过渡层上表面进行铜合金的电弧增材制造，以形成铜钢异种金属复合接头。
[0012]优选地，在步骤S1中，采用机械加工和/或丙酮清洗的方式，清理钢基材表面包含有锈蚀、油污、水渍的杂质，使基材表面呈金属光泽。
[0013]优选地，在步骤S2中，纯铁素体中间过渡层的材料厚度不低于0.3mm。
[0014]优选地，在步骤S3中，先对中间过渡层表面进行清理，去除包含有氧化物、油污、水渍的杂质，然后再进行铜合金的电弧增材制造。
[0015]优选地，所述尺寸梯度过渡是指：在增材制造过程中，第一层尺寸较大，然后逐渐收缩尺寸，形成底部大顶部小的尺寸梯度形貌，以减小接头界面边缘的应力，消除边缘开裂缺陷。
[0016]优选地，设定增材制造铜合金的目标尺寸为长Amm、宽Bmm，基于尺寸梯度过渡的方式，铜钢异种金属复合接头的制备步骤如下：
[0017]S1：钢基材表面清理；
[0018]S31：第一层铜合金制备，采用电弧增材制造技术，按照“A+12mm长、B+12mm宽”的增材制造尺寸，在钢基材表面制备第一层铜合金材料，
[0019]S32：第二层铜合金制备，按照“A+6mm长、B+6mm宽”的增材制造尺寸，在第一层铜合金的基础上增材制造第二层铜合金材料；
[0020]S33：第三层铜合金制备，按照“Amm长、Bmm宽”的增材制造尺寸，在第二层铜合金的基础上增材制造第三层铜合金材料；
[0021]S34：完成铜钢异种金属的电弧增材制造，按照“Amm长、Bmm宽”的增材制造尺寸，继续进行后续铜合金的电弧增材制造，直至使铜合金电弧增材制造的高度达到预设要求。
[0022]优选地，在步骤S31中，电弧增材模式为脉冲模式；而在步骤S32
‑
S34中，电弧增材模式均为CMT模式。
[0023]优选地，设定增材制造铜合金的目标尺寸为长Amm、宽Bmm，则所述方法包括如下步骤：
[0024]S1：钢基材表面清理，使钢基材表面呈金属光泽；
[0025]S2：中间过渡层制备，采用CMT电弧增材制造技术，在钢基材表面制备纯铁素体中间过渡层；
[0026]S30：中间过渡层表面清理，使中间过渡表面呈金属光泽；
[0027]S31：第一层铜合金制备，采用电弧增材制造技术，按照“A+12mm长、B+12mm宽”的增材制造尺寸，在中间过渡层表面制备第一层铜合金材料，
[0028]S32：第二层铜合金制备，按照“A+6mm长、B+6mm宽”的增材制造尺寸，在第一层铜合金的基础上增材制造第二层铜合金材料；
[0029]S33：第三层铜合金制备，按照“Amm长、Bmm宽”的增材制造尺寸，在第二层铜合金的基础上增材制造第三层铜合金材料；
[0030]S34：完成铜钢异种金属的电弧增材制造，按照“Amm长、Bmm宽”的增材制造尺寸，继续进行后续铜合金的电弧增材制造，直至使铜合金电弧增材制造的高度达到预设要求。
[0031]相对于现有技术而言，本专利技术所述的一种铜
‑
钢异种金属连接方法具有以下有益
效果：
[0032]1)解决铜
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钢异种金属熔焊连接界面的缺陷控制难题，避免产生渗透裂纹缺陷和/或边缘开裂缺陷，实现铜
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钢异种金属的良好熔合；
[0033]2)复合接头的制备采用电弧增材制造技术，制备过程稳定，接头质量可靠、性能优良，且复合接头的形状、尺寸不受限制；
[0034]3)通过中间过渡层和尺寸梯度过渡的方式，消除铜
‑
钢异种金属复合接头的所有裂纹缺陷，实现铜
‑
钢两种金属的良好熔合。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0036]图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，以钢为基材，在钢基材(1)表面采用CMT电弧增材制造技术制备铜合金，以通过中间过渡层和/或尺寸梯度过渡的方式，形成铜钢异种金属复合接头，从而消除铜钢异种金属复合接头的至少一种裂纹缺陷，实现铜
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钢两种金属的良好熔合。2.根据权利要求1所述的一种铜
‑
钢异种金属连接方法，其特征在于，所述中间过渡层为纯铁素体中间过渡层(2)，其作为钢和铜之间连接的过渡材料，能够防止铜液沿着奥氏体晶界渗入，以消除渗透裂纹缺陷。3.根据权利要求2所述的一种铜
‑
钢异种金属连接方法，其特征在于，基于中间过渡层的方式，铜钢异种金属复合接头的制备步骤如下：S1：钢基材(1)表面清理；S2：中间过渡层制备，采用CMT电弧增材制造技术，在钢基材(1)表面制备纯铁素体中间过渡层(2)；S3：铜合金增材制造，采用电弧增材制造技术在中间过渡层上表面进行铜合金的电弧增材制造，以形成铜钢异种金属复合接头。4.根据权利要求3所述的一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，在步骤S1中，采用机械加工和/或丙酮清洗的方式，清理钢基材(1)表面包含有锈蚀、油污、水渍的杂质，使基材表面呈金属光泽。5.根据权利要求3所述的一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，在步骤S2中，纯铁素体中间过渡层(2)的材料厚度不低于0.3mm。6.根据权利要求1所述的一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，在步骤S3中，先对中间过渡层表面进行清理，去除包含有氧化物、油污、水渍的杂质，然后再进行铜合金的电弧增材制造。7.根据权利要求1所述的一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，所述尺寸梯度过渡是指：在增材制造过程中，第一层尺寸较大，然后逐渐收缩尺寸，形成底部大顶部小的尺寸梯度形貌，以减小接头界面边缘的应力，消除边缘开裂缺陷。8.根据权利要求7所述的一种铜
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钢异种金属连接方法，其特征在于，设定增材制造铜合金的目标尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金田，王杏华，孙磊，吴艳明，胡成辉，郑金超，周海洋，
申请(专利权)人：洛阳船舶材料研究所中国船舶集团有限公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：