一种焊接夹具及其快速复合铜钢异种材质双金属带材的方法和产品技术

技术编号：41705964 阅读：16 留言：0更新日期：2024-06-19 12:37

本发明专利技术公开了一种焊接夹具及其快速复合铜钢异种材质双金属带材的方法和产品，该焊接夹具包括底座，底座的上部两侧均固定设有支撑板，支撑板之间设有两个第一固定滚轮和两个第一动滚轮，第一固定滚轮平行嵌合在支撑板上部，第一固定滚轮底部的支撑板上设有滑轨，第一动滚轮设置在滑轨内，第一动滚轮下部设有用于固定带焊接板材的中部滚轮组，在底座上部两个支撑板之间设有底部支撑板，底部支撑板上部设有导向滚轮组。通过采用光纤激光和设计制作的焊接夹具，以及调整工艺参数进行钢板和铜板焊接，使钢发生局部熔化并保持铜基本不熔化快速冶金复合，可得到低缺陷和结合性能良好的铜钢双金属带材。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接夹具及其快速复合铜钢异种材质双金属带材的方法和产品，属于异种材质双金属带材制造。

技术介绍

1、随着科学技术的高速发展，材料服役的工况日益复杂和恶劣，各行业对材料综合性能的要求也越来越苛刻，单一的材料已无法满足性能多样化的要求。对此，复合材料成为材料发展的新方向和趋势。复合材料是由至少两种性质不同的材料组成的新材料，通过设计和组分优化，它可以保持各组分材料性能的优点，做到优势互补，来解决单一材料综合性能不足和耗费自然资源等问题。层状金属复合材料是复合材料的一种类型，它是一种在金属基材上复合一层或数层同种或异种金属的层状复合材料，它兼具结构和功能性。铜钢双金属复合板作为一种新兴的复合材料，既具有铜优良的导电、导热性，又具有钢良好的强度及耐瘸蚀性等优点，所以被广泛应用在航空航天、石油化工、汽车轮船和电力电子等领域。

2、根据实现铜/钢双金属材料复合时合金的状态，主要的制造工艺可分为固-固相复合和固-液相复合两种方式。固-固相复合法有爆炸复合法、轧制复合法、扩散焊接复合法和粉末冶金复合法；固-液相复合法包括浇铸复合法、离心铸造法、连铸连轧法和增材制备技术。固-固相复合法普遍生产效率较高，但仅通过加热和加压的方式使得原子发生扩散从使铜钢界面产生结合，结合强度不高。固-液相复合法普遍是通过各种方式熔化低熔点的铜并将其置于高熔点的固态钢界面上进行复合，虽然可以保证铜钢界面产生冶金结合，但钢铜界面极易产生向钢基板渗透的热裂纹。产生渗透裂纹的主要原因是由液态铜或铜合金对钢有渗透作用和拉应力作用造成的。

<p>3、激光由于具有方向性好、亮度高和单色性好等特点而得到国内外的重视和研究，并被应用于焊接
对于激光焊接，当被连接材料或焊缝至少一个特征尺寸小于100μm和聚焦光斑直径小于100μm时，以及被连接材料或焊缝特征尺寸都小于1mm时，属于激光微焊接的范畴。激光微焊接由于具有聚焦光斑尺寸微小、热输入精确可控、焊接速度快、可焊接材料种类多等特点，是应用最为广泛的金属材料微连接技术。此外在室温下，cu对光纤激光(λ＝1070nm)初始吸收率仅有6％，而钢中主要元素fe对激光的吸收率有36％。虽然fe的熔点(1537℃)高于cu的熔点(1083℃)，但由于cu对激光(λ＝1070nm)的吸收率只有fe的1/6，并且cu的导热快，使得在激光焊接时cu比fe更难被熔化。因此可以利用cu对激光反射率高及导热快的特点，使用激光微焊接做到低熔点的铜不熔化，钢发生熔化来进行固-液复合，并且激光焊接速度快可有效提高生产效率。采用激光微焊接进行铜钢双金属的多层多道焊接复合，这对高性能铜钢复合板的快速生产具有重要意义。

技术实现思路

1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种焊接夹具，本专利技术的第二目的是提供一种利用该焊接夹具快速复合铜钢异种材质双金属带材的方法，本专利技术第三目的是利用该焊接夹具焊接得到的铜钢异种材质双金属带材。

2、技术方案：本专利技术所述一种焊接夹具，特征在于，所述焊接夹具包括底座，所述底座的上部两侧均固定设有支撑板，所述两个支撑板之间自上而下依次设有用于调整待焊接板材角度的两个第一固定滚轮和两个第一动滚轮，所述两个第一固定滚轮平行嵌合在两个支撑板上部，所述两个第一固定滚轮底部的支撑板上设有滑轨，所述两个第一动滚轮设置在滑轨内，所述第一动滚轮下部的两个支撑板之间设有用于固定带焊接板材的中部滚轮组，所述在底座上部两个支撑板之间设有底部支撑板，所述底部支撑板上部的两个支撑板之间设有导向滚轮组。

3、其中，所述中部滚轮组包括第二固定滚轮和第二动滚轮，所述第二固定滚轮的一端设有卡扣，另一端设有手摇柄；所述第二动滚轮连接有第一张紧导向块和第一张紧压块，所述第一张紧压块穿过第一阻尼弹簧和第一侧支撑连接板后连接有旋柄。

4、其中，所述导向滚轮组包括第三固定滚轮和第三动滚轮，所述第三固定滚轮两端分别连接有两面带密封圈的深沟球轴承，所述第三固定滚轮两端分别穿过深沟球轴承与支撑板后用螺栓固定；所述第三动滚轮连接有第二张紧导向块和第二张紧压块，所述第二张紧压块穿过第二阻尼弹簧和第二侧支撑连接板后用螺栓固定。

5、一种利用本专利技术所述焊接夹具进行铜钢异种材质双金属带材的快速冶金复合的方法，包括如下步骤：

6、(1)对铜板、钢板进行预处理，将预处理后的铜板和钢板加紧固定，预热待用；

7、(2)将预热的铜板和钢板垂直输入到本专利技术所述的焊接夹具的各个滚轮之间，用中间滚轮组固定，将铜板和钢板张开一定角度；

8、(3)在保护气氛下利用激光微焊接技术进行单道焊缝的焊接；

9、(4)冷却，松开中间滚轮组，把板材往下移动，再雷勇中间滚轮组固定，再进行下一道焊缝的焊接；

10、(5)重复步骤(4)多次，即可进行多层多道焊接，复合得到铜钢异种材质双金属带材。

11、其中，步骤(1)中，所述铜板为紫铜板或qsn6.5-0.1锡青铜板，所述钢板为1010钢板或q235钢板。

12、其中，步骤(1)中，所述铜板为的厚度为1-1.5mm，所述钢板的厚度为1.5-2.5mm。

13、其中，步骤(1)中，所述对铜板进行预处理是用砂纸打磨表面后再用酒精擦拭，对钢板进行预处理是用酒精擦拭钢板表面。

14、其中，步骤(1)中，所述预热的温度为250-300℃。

15、其中，步骤(2)中，所述角度为30～40°。

16、其中，步骤(2)中，所述激光微焊接的激光热源为1030～1080nm的光纤激光，激光光斑直径为70～100μm。

17、其中，步骤(3)中，所述激光微焊接的工艺参数为：激光偏角α为0～+2°(激光偏向铜侧为正偏角)、激光功率为600～650w、焊接的速度为10～15cm/min、离焦量为-1～+1mm(焦点高于材料表面为正离焦)、避免垂直入射偏角β为0～10°，激光远离铜板和钢板的端点距离为1.5～2mm，直线焊接且来回扫描一遍，保护气氛为氩气，氩气流量为15～20l/min。

18、其中，步骤(3)中，单道焊缝成形后凝固5～10s。

19、其中，步骤(2)的操作步骤为：铜板和钢板先用底部的一对导向滚轮组压紧固定，中部滚轮组不压紧，把水平仪放置在两块板材上端口的平面，将平面调至水平，中部滚轮组压紧，并用卡扣锁死固定两块板材，将长尾夹移除并将板材张开30～40°的夹角。

20、其中，步骤(4)中，在单道焊缝成形后停止5～10s等焊缝凝固，接着松开第一动滚轮固定的卡扣，转动把手摇驱两板向下移动单道焊缝熔深一半的距离，为0.5～1mm，再进行一道焊缝的成形。

21、本专利技术还包括所述的金复合方法得到的铜钢异种材质双金属带材。

22、本专利技术的制备原理：参见图6，首先将铜板和钢板垂直输入到焊接夹具的各个滚轮之间，两个板材之间形成一个张角，同时借助于第一固定滚轮和第一动滚轮的压力将板材紧贴在一起，再由集成在焊接机器本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种焊接夹具，特征在于，所述焊接夹具包括底座，所述底座的上部两侧均固定设有支撑板，所述两个支撑板之间自上而下依次设有用于调整带焊接板材角度的两个第一固定滚轮和两个第一动滚轮，所述两个第一固定滚轮平行嵌合在两个支撑板上部，所述两个第一固定滚轮底部的支撑板上设有滑轨，所述两个第一动滚轮设置在滑轨内，所述第一动滚轮下部的两个支撑板之间设有用于固定带焊接板材的中部滚轮组，所述底座上部两个支撑板之间设有底部支撑板，所述底部支撑板上部的两个支撑板之间设有导向滚轮组。

2.根据权利要求1所述的焊接夹具，其特征在于，所述中部滚轮组包括第二固定滚轮和第二动滚轮，所述第二固定滚轮的一端设有卡扣，另一端设有手摇柄；所述第二动滚轮连接有第一张紧导向块和第一张紧压块，所述第一张紧压块穿过第一阻尼弹簧和第一侧支撑连接板后连接有旋柄。

3.根据权利要求1所述的焊接夹具，其特征在于，所述导向滚轮组包括第三固定滚轮和第三动滚轮，所述第三固定滚轮两端分别连接有两面带密封圈的深沟球轴承，所述第三固定滚轮的两端分别穿过深沟球轴承与支撑板后用螺栓固定；所述第三动滚轮连接有第二张紧导向块和第二张

4.一种利用权利要求1-3任一所述焊接夹具进行铜钢异种材质双金属带材的快速冶金复合的方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的快速冶金复合方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铜板为T2紫铜板或QSn6.5-0.1锡青铜板，所述钢板为1010钢板或Q235钢板，所述铜板为的厚度为1-1.5mm，所述钢板的厚度为1.5-2.5mm。

6.根据权利要求4所述的快速冶金复合方法，其特征在于，步骤(1)中，所述对铜板进行预处理是用砂纸打磨表面后再用酒精擦拭，对钢板进行预处理是用酒精擦拭钢板表面，所述预热的温度为250-300℃。

7.根据权利要求4所述的快速冶金复合方法，其特征在于，步骤(2)中，所述角度为30～40°，所述激光微焊接的激光热源为1030～1080nm的光纤激光，激光光斑直径为70～100μm。

8.根据权利要求4所述的快速冶金复合方法，其特征在于，步骤(3)中，所述激光微焊接的工艺参数为：激光偏角α为0～+2°、激光功率为600～650W、焊接的速度为10～15cm/min、离焦量为-1～+1mm、避免垂直入射偏角β为0～10°，激光远离铜板和钢板的端点距离为1.5～2mm，保护气氛为氩气，氩气流量为15～20L/min。

9.根据权利要求4所述的快速冶金复合方法，其特征在于，步骤(3)中，单道焊缝成形后凝固5～10s。

10.权利要求4-9任一项所述的快速冶金复合方法得到的铜钢异种材质双金属带材。

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的焊接夹具，其特征在于，所述导向滚轮组包括第三固定滚轮和第三动滚轮，所述第三固定滚轮两端分别连接有两面带密封圈的深沟球轴承，所述第三固定滚轮的两端分别穿过深沟球轴承与支撑板后用螺栓固定；所述第三动滚轮连接有第二张紧导向块和第二张紧压块，所述第二张紧压块穿过第二阻尼弹簧和第二侧支撑连接板板后用螺栓固定。

4.一种利用权利要求1-3任一所述焊接夹具进行铜钢异种材质双金属带材的快速冶金复合的方法，其特征在于，包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健，彭金宝，薛烽，白晶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人