專利名稱：一種多層金屬帶的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層金屬帶的焊接方法，適用于多層金屬帶之間以及多層金屬帶與金屬板的連接。該方法操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，效率高，接頭質(zhì)量高，可靠性好，易于推廣應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金屬帶(如鋁帶、銅帶)具有良好的可塑性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及易于彎曲變形等特點(diǎn)，已成為電子工業(yè)領(lǐng)域中變壓器、高低壓開(kāi)關(guān)柜、真空電器、封閉母槽、發(fā)電機(jī)、整流設(shè)備等高端器件的生產(chǎn)及其安裝中的重要組成部分。因此，在電子工業(yè)領(lǐng)域中涉及了大量的多 層金屬帶與其他構(gòu)件的連接，這種連接可調(diào)整設(shè)備安裝誤差、減震、方便試驗(yàn)和設(shè)備檢修等優(yōu)點(diǎn)。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中這種連接主要采用螺栓連接與熔焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)。然而，這種連接要求接頭具有良好的導(dǎo)電率、合適的軟性度、很好的彈性，同時(shí)還要求接頭無(wú)大量氣孔、裂紋、過(guò)燒等缺陷。眾所周知，采用傳統(tǒng)的熔焊技術(shù)(如氬弧焊)進(jìn)行焊接時(shí)，接頭中不可避免的出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等典型的熔焊缺陷，尤其是焊接鋁及其合金。這些缺陷的產(chǎn)生使得只能通過(guò)增加金屬帶的層數(shù)來(lái)保證接頭的有效導(dǎo)電面積。此外，采用熔焊技術(shù)進(jìn)行焊接，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間完成焊前準(zhǔn)備工作，也需消耗大量的保護(hù)氣體等。這些不僅嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率，也在很大程度上增加了生產(chǎn)成本。另一方面，采用螺栓連接時(shí)，因金屬層之間接觸不緊密，界面易氧化，在通電時(shí)接觸界面極易燒損。攪拌摩擦焊接(Friction Stir Welding:FSW)是1991年由英國(guó)焊接協(xié)會(huì)(TWI)發(fā)明的一種優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保、節(jié)能的新型固相焊接工藝(如專利說(shuō)明書(shū)US5460317、US5813592所述)，因其能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)熔焊難以焊接的高強(qiáng)鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金等的連接而成為航空航天等國(guó)防領(lǐng)域和高速列車等民用領(lǐng)域中輕質(zhì)合金關(guān)鍵高性能復(fù)雜構(gòu)件連接不可替代的關(guān)鍵技術(shù)。FSW避免了傳統(tǒng)熔焊過(guò)程中的諸多缺陷(如氣孔、裂紋、飛濺、過(guò)燒)，同時(shí)在焊接過(guò)程中無(wú)煙塵、飛濺，也不需要焊條、焊絲、焊劑及保護(hù)氣體等優(yōu)點(diǎn)。目前，F(xiàn)SW技術(shù)已成功應(yīng)用于航空、航天、船舶、列車、汽車等工業(yè)領(lǐng)域中，并創(chuàng)造了可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為鋁、鎂、銅等合金的焊接提供了優(yōu)質(zhì)、高效的焊接方法。因此，借鑒FSW技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一種新型的多層金屬帶的FSW工藝對(duì)于提高接頭質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種多層金屬帶的焊接方法，獲得的接頭組織致密、無(wú)氣孔、無(wú)裂紋、變形很小。技術(shù)方案—種多層金屬帶的焊接方法，其特征在于步驟如下步驟I :將所焊的多層金屬帶疊放至所需的厚度，與另一疊放完成的多層金屬帶或金屬板的焊接處對(duì)齊；所述的兩疊多層金屬帶厚度一致；所述的多層金屬帶與金屬板厚
度一致；步驟2 :沿焊接方向，在焊縫的起始端固定與被焊多層金屬帶厚度相同的引焊板；所述的引焊板為金屬板；步驟3 :選擇軸肩直徑為板厚2 3倍的攪拌頭，攪拌頭上攪拌針的長(zhǎng)度比板厚少O. 05、· 2mm，軸肩下壓量為O. Γθ. 3mm，根據(jù)焊接的材料選擇旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度進(jìn)行焊接；當(dāng)被焊的一側(cè)為金屬板時(shí)，金屬板位于焊接前進(jìn)側(cè)位置。當(dāng)被焊接的金屬帶的厚度小于I. Omm時(shí),放置一塊厚度I. (Γ4. Omm的同質(zhì)或異質(zhì)
金屬壓板在焊接部位一同焊接。當(dāng)焊接結(jié)束時(shí)被焊金屬帶上不留匙孔時(shí)，在焊接結(jié)束端固定與被焊多層金屬帶厚 度相同的收孔板；所述的收孔板為金屬板。所述的金屬帶為鋁帶、銅帶、錫帶、鎂帶或鉛帶，金屬帶厚度為O. Γ2. 0_。所述的金屬板為招板、銅板、錫板、鎂板或鉛板,厚度為2. (Γ50. 0mm。有益效果本發(fā)明提出的一種多層金屬帶的焊接方法，采用FSW技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬帶的連接，該工藝節(jié)能環(huán)保，極大地簡(jiǎn)化了操作工藝，提高了生產(chǎn)效率；提高了接頭質(zhì)量，保證了接頭的導(dǎo)電性能，降低了生產(chǎn)成本；可控性好，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。本發(fā)明獲得的接頭組織致密、無(wú)氣孔、無(wú)裂紋、變形很小，并且操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短、效率高，生產(chǎn)成本低廉。


圖I為實(shí)施本發(fā)明所涉及的金屬帶與金屬帶或金屬板的裝配示意圖；圖2本實(shí)施實(shí)例獲得的接頭宏觀形貌(a)上表面；(b)橫截面；I一金屬板或金屬帶，2—對(duì)接接頭的焊縫中心線，3—收孔板，4一多層金屬帶疊放形成的焊接試樣，5—金屬壓板，6—金屬帶，7—引焊板。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖I為本發(fā)明示意圖1為金屬板試樣或多層金屬帶疊放形成的試樣，即，I可與4相同，也可不同。2為試樣對(duì)接接頭的焊縫中心線。3為收孔板，其功能是引出焊接結(jié)束時(shí)留在試樣上的匙孔。根據(jù)實(shí)際工藝需要，如果不必引出焊接結(jié)束時(shí)在被焊試樣上留下的匙孔，可不要收孔板，3與7板位置可以互換，材料可以不同；4為多層金屬帶疊放形成的焊接試樣。當(dāng)金屬帶的厚度小于I. Omm時(shí),4由5與6兩部分組成,5為放置最頂層的I. (Γ4. Omm厚的一塊金屬壓板，6為金屬帶；當(dāng)金屬帶的厚度大于I. Omm時(shí)，4僅由6組成。7為引焊板，其功能是用于攪拌工具的插入。首先將所焊的多層金屬帶與多層金屬帶或多層金屬帶與金屬板固定在焊接夾具上，如被焊件有金屬板，使其在前進(jìn)側(cè)。當(dāng)金屬帶的厚度小于I. Omm時(shí)，在其頂部必須放置一塊厚度I. (Γ4. Omm的同質(zhì)或異質(zhì)壓板以保證接頭的質(zhì)量。此外，沿焊接方向，在被焊件的兩端固定厚度相同的引焊板和收孔板。然后，根據(jù)焊接的材料選擇旋轉(zhuǎn)速度與焊接速度，選擇軸肩直徑為板厚的2 3倍的攪拌頭，攪拌針的長(zhǎng)度可小于板厚O. 05、. 2mm，軸肩下壓量為O. Γ0. 3mm，采用FSW技術(shù)進(jìn)行焊接。焊接的起始點(diǎn)在引焊板上，結(jié)束點(diǎn)在收孔板上，根據(jù)實(shí)際工藝需要，可選擇是否需要收孔板。實(shí)施例選擇尺寸為 120. 0X120. 0X0. 5mm 的 1060 鋁帶，120. OX80. OX 10. Omm的 1060 鋁合金板，100. 0X60. 0X2. Omm 的 2024 鋁合金壓板，30. 0X30. OX 10. Omm 的 1060
鋁合金板。將所述17層1060鋁帶與2. Omm的2024鋁合金壓板疊放一起，按照?qǐng)D1，將被焊工件與引焊板固定在夾具上。選擇軸肩直徑24mm的攪拌頭，攪拌針長(zhǎng)度為9. 9mm，焊接速度為200mm/min，旋轉(zhuǎn)速度為600rpm，軸肩下壓量為O. 1mm，采用FSW技術(shù)進(jìn)行連接。需要指出的是本實(shí)施實(shí)例中不包括收孔板。本實(shí)施實(shí)例獲得的接頭如圖2所示，該圖中引焊板已被切除。從圖2(a)可以看出，接頭表面光滑平整、無(wú)溝槽等，飛邊小，焊縫成形較好。從圖2(b)可看出，接頭中無(wú)孔洞、隧道等缺陷。此外，焊縫中金屬帶之間緊密連接，形成可靠 接頭，而焊縫外部，金屬帶之間的界線仍清晰可見(jiàn)。綜上所述表明，該工藝實(shí)現(xiàn)了金屬帶與金屬板的可靠連接。因此，本發(fā)明開(kāi)發(fā)的工藝切實(shí)可行。
權(quán)利要求
1.一種多層金屬帶的焊接方法，其特征在于步驟如下 步驟I:將所焊的多層金屬帶疊放至所需的厚度，與另一疊放完成的多層金屬帶或金屬板的焊接處對(duì)齊；所述的兩疊多層金屬帶厚度一致；所述的多層金屬帶與金屬板厚度一致； 步驟2 :沿焊接方向，在焊縫的起始端固定與被焊多層金屬帶厚度相同的引焊板；所述的引焊板為金屬板； 步驟3:選擇軸肩直徑為板厚2 3倍的攪拌頭，攪拌頭上攪拌針的長(zhǎng)度比板厚少O.05、· 2mm，軸肩下壓量為O. Γθ. 3mm，根據(jù)焊接的材料選擇旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度進(jìn)行焊接；當(dāng)被焊的一側(cè)為金屬板時(shí)，金屬板位于焊接前進(jìn)側(cè)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述多層金屬帶的焊接方法，其特征在于當(dāng)被焊接的金屬帶的厚度小于I. Omm時(shí)，放置一塊厚度I. (Γ4. Omm的同質(zhì)或異質(zhì)金屬壓板在焊接部位一同焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述多層金屬帶的焊接方法，其特征在于當(dāng)焊接結(jié)束時(shí)被焊金屬帶上不留匙孔時(shí)，在焊接結(jié)束端固定與被焊多層金屬帶厚度相同的收孔板；所述的收孔板為金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述多層金屬帶的焊接方法，其特征在于所述的金屬帶為鋁帶、銅帶、錫帶、鎂帶或鉛帶，金屬帶厚度為O. Γ2. 0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述多層金屬帶的焊接方法，其特征在于所述的金屬板為鋁板、銅板、錫板、鎂板或鉛板，厚度為2. (Γ50. 0mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層金屬帶的焊接方法，其特征在于將所焊的多層金屬帶疊放至所需的厚度，與另一疊放完成的多層金屬帶或金屬板的焊接處對(duì)齊；沿焊接方向，在焊縫的起始端固定與被焊多層金屬帶厚度相同的引焊板；選擇軸肩直徑為板厚2~3倍的攪拌頭，攪拌頭上攪拌針的長(zhǎng)度比板厚少0.05~0.2mm，軸肩下壓量為0.1~0.3mm，根據(jù)焊接的材料選擇旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度進(jìn)行焊接。本發(fā)明工藝節(jié)能環(huán)保，極大地簡(jiǎn)化了操作工藝，提高了生產(chǎn)效率；提高了接頭質(zhì)量，保證了接頭的導(dǎo)電性能，降低了生產(chǎn)成本；可控性好，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。本發(fā)明獲得的接頭組織致密、無(wú)氣孔、無(wú)裂紋、變形很小，并且操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短、效率高，生產(chǎn)成本低廉。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102873454SQ20121034492
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者李文亞, 張志函, 高大路 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)