[發明專利]一種金屬工件的表面處理與焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 202011262196.3
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112518159B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李亮;張辰瑋;賴智鵬;徐巍;韓小濤;曹全梁;李昌興;李瀟翔
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種金屬工件的表面處理與焊接裝置及方法，屬于金屬工件表面處理及焊接領域。表面處理方法為：在脈沖電流的作用下，導電模塊發生爆炸形成平面沖擊波，驅動待處理工件與表面處理模具發生碰撞，使待處理工件表面形成與表面處理模具相同的幾何形貌，同時去除待處理工件表面的雜質。焊接方法為：脈沖電流的作用下，導電模塊發生爆炸后形成平面沖擊波作用于工件二上；在平面沖擊波的作用下，工件二發生形變后加速與工件一碰撞，完成焊接。本發明可以實現大范圍、連續性的焊接，提升整體金屬工件的焊接性能。

技術領域

本發明屬于金屬工件表面處理及焊接領域，更具體地，涉及一種金屬工件的表面處理與焊接裝置及方法。

背景技術

當今輕量化材料的使用越來越廣泛，其中金屬復合材料具有重量輕、耐腐蝕性強、結構性能好等顯著優點，已廣泛應用于航空航天、汽車制造等領域。

在實現異種金屬材料連接的方法中，焊接產生的接頭強度最大。但是異種金屬材料因為熔點，熱導率，比熱容等系數不同，很難通過傳統方式焊接。高速沖擊焊接通過金屬工件間高速碰撞時界面劇烈塑性變形導致的局部熔融現象，實現異種金屬材料間復合連接，不需要通過外部加熱實現表面熔化等處理，且可實現與母材強度接近的界面強度，是目前實現異種金屬焊接的有效技術手段。

目前最常用的高速焊接的方法有磁脈沖焊接和電爆炸焊接，其中電爆炸焊接通過對金屬箔通入脈沖電流，使其劇烈發熱進而爆炸產生高速沖擊波作用于金屬工件，使金屬工件變形并與另一金屬工件高速碰撞，碰撞界面發生局部劇烈塑性變形，產生局部熔融區域，進而實現金屬工件之間的焊接，并且可以通過改變放電參數、電路參數及金屬箔的尺寸形狀，控制高速沖擊波的分布和大小，達到所要求的焊接效果。金屬箔爆炸裝置具有搭建簡單，成本低的優點，可大面積推廣。

經過研究，金屬工件在高速碰撞時能否成功焊接取決于碰撞點的角度及相對速度，即角度與相對速度匹配時焊接才能成功，并且當金屬工件表面較為光滑干凈時焊接性能更好。現有技術在進行高速焊接時，由于焊接界面各點的碰撞角度與碰撞速度不相同，并且金屬工件表面存在氧化層或雜質，使界面質量不符合最佳焊接條件等限制，導致無法實現大面積焊接，待焊接面會存在大量未焊接區域。因此現在亟需對金屬工件的焊接性能進行提升。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種金屬工件的表面處理與焊接裝置及方法，旨在解決現有金屬工件焊接時由于焊接界面碰撞角度不相同，且金屬工件表面存在雜質，導致焊接性能較差的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種金屬工件的表面處理裝置，包括：脈沖電源，導電模塊、表面處理模具和固定模塊；固定模塊包括上固定單元和下固定單元；

從上固定單元到下固定單元方向，內部放置表面處理模具和導電模塊；脈沖電源與所述導電模塊連接，用于為導電模塊提供脈沖電流；表面處理模具靠近導電模塊的表面設置有幾何圖案；導電模塊為中間窄兩邊寬的形貌，用于在脈沖電流的作用下爆炸產生沖擊波；沖擊波用于驅動待處理工件與表面處理模具發生碰撞，進而去除待處理工件表面雜質，且使待處理工件上形成與表面處理模具相同的形貌；

工作時待處理工件放置在表面處理模具和所述導電模塊之間。

優選地，導電模塊為金屬箔，金屬箔的尺寸和幾何形貌用于調控爆炸的范圍和沖擊波的強弱；

優選地，表面處理模具的表面幾何圖案為三角波。

基于上述提供的金屬工件的表面處理裝置，本發明提供了金屬工件的表面處理方法，具體包括：

在脈沖電流的作用下，導電模塊發生爆炸后形成平面沖擊波；

平面沖擊波驅動待處理工件與表面處理模具發生碰撞，使待處理工件表面形成與表面處理模具相同的幾何形貌，同時去除待處理工件表面的雜質。

優選地，導電模塊為金屬箔，金屬箔的尺寸和幾何形貌用于調控爆炸的范圍和沖擊波的強弱；