一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺

摘要

本发明公开了一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，包括如下步骤：步骤一，采用控制器对电容器进行充电后接通电磁成形线圈，通过电磁力使靶板材料预成形出焊点凸包；步骤二，对电容器再次充电后对铝箔放电，铝箔中心爆炸后通过电爆炸驱动飞板冲击连接靶板形成焊点。该工艺利用电磁力冲击预成形与电爆炸冲击连接相结合的方法，实现了异种金属材料之间的连接，有效解决了异种高强轻量化材料之间的连接难题，具有良好的工业应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及异种金属板材连接技术，具体涉及一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，主要应用于高强钢与铝合金板之间或者异种高强铝合金板之间的连接。

背景技术

随着科技的不断发展，在金属材料技术领域，材料的轻量化已经成为一种发展趋势，尤其是对于以汽车和航空航天工业为代表的大型企业而言，轻量化材料能够节省大量的生产成本。这些轻量化材料以高强钢、铝合金、镁合金和钛合金为代表，这些材料普遍具有轻质、高强度的特性，但是随之而来的是这些材料难成形。由于这些材料难成形，直接导致异种材料之间的连接很成问题。异种材料之间的连接问题也成为多材料体结构设计与制造的关键问题之一。

就目前而言，常用的异种金属焊接的方法有扩散焊、摩擦焊和熔-钎焊等，上述方法存在以下缺点：存在较大热影响区、高温产生金属间化物较多、接头强度不高、经济性差等。另外，磁脉冲焊接、电爆炸冲击连接工艺均可以使异种金属材料有效焊接，但是这些工艺在应用时存在一定的局限性。磁脉冲焊接时线圈强度不足容易导致线圈失效；电爆炸冲击连接时板材之间必须保持一定距离以达到冲击速度，且必须在焊接板材之间增加隔离结构，降低了工艺设计的灵活性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，该工艺利用电磁力冲击预成形与电爆炸冲击连接相结合的方法，实现了异种金属材料之间的连接，有效解决了异种高强轻量化材料之间的连接难题，具有良好的工业应用前景。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，包括如下步骤：

步骤一，采用控制器对电容器进行充电后接通电磁成形线圈，通过电磁力使靶板材料预成形出焊点凸包；

步骤二，对电容器再次充电后对铝箔放电，铝箔中心爆炸后通过电爆炸驱动飞板冲击连接靶板形成焊点。

进一步地，所述步骤一具体包括以下过程：

第一步，将被焊接靶板固定在下模上，将电磁成形线圈通过绝缘材料固定在上模上，将电磁成形线圈和绝缘板压紧在靶板上，线圈两极通过电缆连接在储能电容C放电回路两极，闭合上下模；

第二步，对储能电容C进行充电，当充电电压达到设定预成形电压1-5KV后，断开充电回路；

第三步，闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆对电磁成形线圈放电，靶板在电磁力的作用下产生高速塑形变形，形成一胀形凸包。

进一步地，所述步骤二具体包括以下过程：

第一步，打开上下模，将焊接飞板按焊接点位置放置在预成形后的靶板和下模上；

第二步，将电爆炸铝箔包覆绝缘胶后放置在焊接飞板上，爆炸中心对准胀形凸包中心；

第三步，将上模和电磁成形线圈压紧在电爆炸铝箔两端，电磁成形线圈的正负电极与电爆炸铝箔两端保持良好接触；

第四步，对储能电容C充电，当充电电压达到设定焊接电压1-8KV后，断开充电回路；

第五步，闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆和电磁成形线圈两极对铝箔放电，铝箔中心点在强脉冲电流作用下爆炸并产生高速冲击力，促使飞板塑形变形；飞板高速冲击靶板凸包处并连接形成焊点。

进一步地，所述靶板的材料为难成形金属材料，包括航空航天用铝合金、汽车用铝合金、高强度钢、钛合金、镁合金等在准静态力作用下成形性能较差的金属材料，其厚度为1.0～3.0mm。

进一步地，所述飞板的材料为不同于靶板的金属材料，包括铝合金、铜合金、碳钢等，其厚度为0.5～4.0mm。

进一步地，所述电爆炸铝箔的厚度为0.03～0.15mm。

作为一种优选方式，所述飞板与靶板的连接焊点直径为5～20mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)提出了一种异常金属材料连接方法，特别是铝合金和难成形金属材料之间的点焊方法。

(2)有效解决了异种高强轻量化材料之间的连接难题，具有良好的工业应用前景。

(3)焊接速度快，焊接性能良好。

(4)焊接设备中放电电容为同一装置，预成形与焊接模具为同一模具，提高了装置的使用效率，降低了成本。

附图说明

图1是本发明所提供的一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺中靶板预成形工艺工装示意图。

图2是本发明所提供的一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺中飞板与靶板连接工艺工装示意图。

图3是电磁成形线圈示意图。

图4是电爆炸铝箔示意图。

附图标记说明：1、靶板；2、下模；3、电磁成形线圈；4、绝缘材料；5、上模；6、绝缘板；7、飞板；8、电爆炸铝箔；9、绝缘胶。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明公开了一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，包括如下步骤：

步骤一，采用控制器对电容器进行充电后接通电磁成形线圈，通过电磁力使靶板材料预成形出焊点凸包；

步骤二，对电容器再次充电后对铝箔放电，铝箔中心爆炸后通过电爆炸驱动飞板冲击连接靶板形成焊点。

如图1所示，所述步骤一具体包括以下过程：

第一步，将被焊接靶板1固定在下模2上，将电磁成形线圈3通过绝缘材料4固定在上模5上，将电磁成形线圈3和绝缘板6压紧在靶板1上，线圈两极通过电缆连接在储能电容C放电回路两极，闭合上下模；

第二步，对储能电容C进行充电，当充电电压达到设定预成形电压1-5KV后，断开充电回路；

第三步，闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆对电磁成形线圈3放电，靶板1在电磁力的作用下产生高速塑形变形，形成一胀形凸包。

如图2所示，所述步骤二具体包括以下过程：

第一步，打开上下模，将焊接飞板7按焊接点位置放置在预成形后的靶板1和下模2上；

第二步，将电爆炸铝箔8包覆绝缘胶9后放置在焊接飞板7上，爆炸中心对准胀形凸包中心；

第三步，将上模5和电磁成形线圈3压紧在电爆炸铝箔8两端，电磁成形线圈3的正负电极与电爆炸铝箔8两端保持良好接触；

第四步，对储能电容C充电，当充电电压达到设定焊接电压1-8KV后，断开充电回路；

第五步，闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆和电磁成形线圈3两极对铝箔8放电，铝箔8中心点在强脉冲电流作用下爆炸并产生高速冲击力，促使飞板7塑形变形；飞板7高速冲击靶板1凸包处并连接形成焊点。

所述靶板1的材料为难成形金属材料，包括航空航天用铝合金、汽车用铝合金、高强度钢、钛合金、镁合金等在准静态力作用下成形性能较差的金属材料，其厚度为1.0～3.0mm。

所述飞板7的材料为不同于靶板的金属材料，包括铝合金、铜合金、碳钢等，其厚度为0.5～4.0mm。

图3为电磁成形线圈3的结构示意图，图4为电爆炸铝箔8的结构示意图，所述电爆炸铝箔8的厚度为0.03～0.15mm。

作为一种优选方式，所述飞板7与靶板1的连接焊点直径为5～20mm。

实施例

一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺，包括如下步骤：

(1)将被焊接靶板1固定在下模2上，将电磁成形线圈3通过绝缘材料4固定在上模5上，将电磁成形线圈3和绝缘板6压紧在靶板1上，线圈两极通过电缆连接在储能电容C放电回路两极，闭合上下模；

(2)对储能电容C进行充电，当充电电压达到设定预成形电压1-5KV后，断开充电回路；

(3)闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆对电磁成形线圈3放电，靶板1在电磁力的作用下产生高速塑形变形，形成一直径为5～20mm胀形凸包；

(4)打开上下模，将焊接飞板7按焊接点位置放置在预成形后的靶板1和下模2上；

(5)将电爆炸铝箔8包覆绝缘胶9后放置在焊接飞板7上，爆炸中心对准胀形凸包中心；

(6)将上模5和电磁成形线圈3压紧在电爆炸铝箔8两端，电磁成形线圈3的正负电极与电爆炸铝箔8两端保持良好接触；

(7)对储能电容C充电，当充电电压达到设定焊接电压1-8KV后，断开充电回路；

(8)闭合真空开关K，导通放电回路，储能电容C通过电缆和电磁成形线圈3两极对铝箔8放电，铝箔8中心点在强脉冲电流作用下爆炸并产生高速冲击力，促使飞板7塑形变形；飞板7高速冲击靶板1凸包处并连接形成焊点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。