[發明專利]高強鋼-鋁合金異質金屬非對稱多束電子束熔焊方法

在審

• 申請號: 201810115619.5
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108296621A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 陳云霞;蘆鳳桂;崔海超;陸斌鋒
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏

本發明提供了一種高強鋼?鋁合金異質金屬非對稱多束電子束熔焊的方法，包括：分束預處理步驟：對包含高強鋼和鋁合金的待焊件進行電子束多束流控制；非對稱熔焊步驟：根據高強鋼以及鋁合金材料各自熔點，通過工控機數值計算出高強鋼材料和鋁合金材料在同一個掃描周期內分布的掃描點數、掃描停留時間，通過工控機實時控制多束電子束流的掃描點數、掃描停留時間，實現不對稱熱輸入的掃描加熱方式進行焊接，使高強鋼與鋁合金這兩種異質材料在同樣時間內的熔化量相同。本發明根據高強鋼與鋁合金的特性，使分配在高強鋼材料上的電子束總流熱輸入和分配在鋁合金材料上的電子束總流熱輸入不相等，最終使這兩種異質材料在同樣時間內的熔化量相當。

技術領域

本發明涉及鋼和鋁異種材料焊接領域，更具體地說，本發明涉及到一種高強鋼-鋁合金異質金屬非對稱多束電子束熔焊方法，能夠實現多電子束快速高效的焊接。

背景技術

節約能源及保護環境的全球戰略對機械工程裝備輕量化提出了越來越高的要求，為了降低機械工程裝備的重量，同時又要保證裝備的安全性，使得高強鋼和鋁合金及其異種材料的連接構件在機械工程裝備制造領域得到日益廣泛的應用。然而由于鋼與鋁兩者的熱物理冶金及化學性能差異較大，其連接接頭的可靠性成為影響構件高品質制造的關鍵問題，傳統的熔化焊接方法不可避免存在脆硬的Fe-Al金屬間化合物產生及殘余應力較大等問題，會嚴重影響接頭的微觀結構和力學性能。特別是隨著高強鋼強度級別的增加，使得異種金屬的連接難度進一步加大，如何實現高強鋼與鋁合金可靠有效的連接一直是目前機械工程裝備制造領域中研究的熱點和難點。

真空電子束焊因其能量密度易于控制、電子束與工件作用時間短、焊接變形和殘余應力小、電子束作用位置精確可控等特點，且與傳統熔化焊接相比更能有效地控制異種材料的熔化量從而抑制金屬間化合物的形成，是異種材料連接中具有競爭力的焊接方法。

目前大多采用將單束電子束偏離對中線從而達到調節兩側金屬熱輸入。為了避免鋁合金一側盡早發生熔化，則需要采用較低的電子束功率密度，而高強鋼一側需要采用較高的電子束功率密度加快熔化，故單束偏束電子束熔焊工藝參數適應性不高，且焊接速度較低，難以體現電子束快速高效的焊接特點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種根據異質材料熔點分別調節兩束電子束流的掃描點數、掃描停留時間等特點，實現不對稱熱輸入的掃描加熱方式進行焊接，獲得異質材料熔化量相當，具體方案如下：

一種高強鋼-鋁合金異質金屬非對稱多束電子束熔焊方法，其特征在于包括：

分束預處理步驟：對包含高強鋼和鋁合金的待焊件進行電子束多束流控制；

非對稱熔焊步驟：根據高強鋼以及鋁合金材料各自熔點，通過工控機數值計算出高強鋼材料和鋁合金材料在同一個掃描周期內分布的掃描點數、掃描停留時間，通過工控機實時控制多束電子束流的掃描點數、掃描停留時間，實現不對稱熱輸入的掃描加熱方式進行焊接，使高強鋼與鋁合金這兩種異質材料在同樣時間內的熔化量相當。

進一步的，用于對待焊件進行熔焊的真空電子束焊機設有工控機、多功能數據采集卡和至少兩個電子束偏轉線圈，可以把電子束束流進行分束。

進一步的，待焊件的一邊為高強鋼材料，另一邊為鋁合金材料。

進一步的，多束電子束流的一部分電子束掃描在高強鋼材料上，其余電子束掃描在鋁合金材料上。

進一步的，分配在高強鋼材料上的電子束總流熱輸入和分配在鋁合金材料上的電子束總流熱輸入不相等。

進一步的，熱輸入的分配比例是通過電子束流的掃描點數、掃描停留時間來控制。

進一步的，電子束流的掃描點數、掃描停留時間分配比例計算依據是待焊件高強鋼和鋁合金材料的各自熔點。