专利名称：一种金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法
技术领域：
本发明属于材料工程技术领域，涉及金属之间的连接技术，特别是金属之间焊接 与胶接结合的连接技术。
背景技术：
新材料的广泛应用离不开先进连接技术进行技术支持与保障。由于新材料的开发 与应用，不同性质、性能的异种金属之间进行连接不可避免，但对于难焊材料，采用传统工 艺很难实现良好的连接，例如镁/铝之间的熔焊，其次，接头的机械性能很难达到实际应用 的要求，限制了材料的实际应用。电弧焊是工业上广泛应用的焊接方法，但对于异种金属之间的焊接，因容易产生 金属间化合物，很难达到良好的效果。胶接作为一种连接技术，具有疲劳性能良好、可以提 供较大失效载荷等优点，在航空航天、交通等领域的搭接结构件中被广泛使用，但其剥离性 能差、耐热性能差以及容易老化等缺点限制了其大量应用。为此，人们采用胶焊技术，即焊 接与胶接结合，来提高接头的性能，如电阻胶接点焊、高能束胶接焊，这两种工艺采用在胶 黏剂固化前或后直接对焊接部位进行电阻点焊或高能束焊接，但是这两种焊接方法均不能 对焊缝/焊点填充焊接材料，存在焊接塌陷等缺陷，并且对加工精度要求高，实际操作复 杂，同时这两种技术焊接时两侧被焊母材同时熔化形成焊缝，在异种金属连接时板材之间 形成金属间化合物，影响力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶接和电弧焊相结合的技术，可以实现难焊金属、异种 金属的有效搭接连接，使焊接接头性能得到大幅的提高。本发明的技术方案是，一种金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，先将待连接 材料的搭接面涂上固化结构用胶黏剂，搭接在一起，再进行焊接，其特征在于，待连接材料 的搭接面之间均勻涂有总厚度为0. 02 Imm的胶层，搭接后沿接缝方向在搭接部分每隔 15 50mm距离开孔径为3 IOmm的通孔，再用电弧焊对开孔处进行双面填丝点焊焊接； 在焊接前或焊接后把中间涂有胶层的搭接部分加热至50 500°C，并保温10 180分钟对 胶层进行固化。搭接部分一般为材料边缘，搭接宽度可以为15 40mm，搭接后可以沿接缝方向每 隔15 50mm距离开一排通孔，再进行双面填丝点焊焊接；当搭接部分在其他部位，材料的 长、宽方向均为接缝方向，搭接宽度更大时，可相隔15 50mm距离开两排以上通孔再进行 焊接。本发明用电弧对开孔部分进行双面填丝点焊，熔化的焊丝在孔内部与熔化的母材 相熔合形成焊点，从而连接被焊金属，可实现同种金属之间或异种金属，如镁合金、铝合金、 钛合金、钢铁等同种或异种金属之间的连接，获得高性能连接接头。焊接时可填充与母材相 同或者不同的焊丝。通过填充焊接材料，可以避免电阻点焊或高能束焊接所产生的表面塌陷，在异种金属焊接时，本方法使金属间化合物产生的位置，由板材之间的应力集中处转移 到板材内部，因此能有效增加焊点强度。而点焊与胶接相结合的方法能进一步提高接头的 稳定性，强化接头性能，并能均勻应力、增加疲劳强度、减小腐蚀程度、密封试件。焊接热源可以采用熔化极气体保护焊热源、钨极气体保护焊热源或等离子弧焊热 源。采用熔化极气体保护焊热源时，焊接工艺参数可以为电弧电流20 300A，喷嘴与工 件之间距离2 20mm，保护气体流量5 20L/min，送丝速度3 12m/min ；采用钨极气体 保护焊热源时，焊接工艺参数可以为电弧电流20 200A，弧长1 5mm，保护气体流量 5 20L/min，送丝速度1 6m/min ；采用等离子弧焊热源时，焊接工艺参数可以为电弧电 流40 500A，喷嘴与工件之间距离3 15mm，离子气流量0. 5 5L/min，电极内缩量2 6mm，保护气体流量5 20L/min，送丝速度2 10m/min。两层待焊材料搭接部分之间可以涂一般的固化结构胶黏剂，如环氧树脂、酚醛树 脂、脲醛树脂、呋喃树脂、三聚氰-甲醛树等胶黏剂。本发明使焊接结构件的承载载荷、疲劳强度、剪切性能、剥离性能均有较大幅度的 提高，从而解决难焊同种金属以及异种金属的连接问题，降低材料损耗，提高材料利用率， 满足实际工程需求。
图1为用本发明方法焊接材料的剖面示意图。图中1和5为被焊接板材，2为通孔及焊接接头，3为焊接热源，4为胶层。图2为用本发明方法焊接材料的俯视示意图。图中6为搭接部分，W为搭接宽度，D为通孔之间的距离。
具体实施例方式下面结实施例对本发明作进一步说明。实施例1，用本发明方法焊接镁/铝异种金属。板材搭接部分的尺寸为15X300mm，板材厚度均为1. 5mm，焊接步骤如下1、焊前用丙酮清洗试样除去表面油污，干燥后清理搭接面去除氧化膜。2、如图1、图2所示，在待焊材料1、5的搭接部分6之间涂上胶层4，搭接宽度W为 15mm，胶层总厚度为0. 1mm，胶层采用环氧树脂结构胶黏剂。3、用焊接卡具将板材1、5压紧，在搭接处沿接缝方向开一排孔径为3mm的通孔2， 每个通孔间的距离D = 25mm。4、采用熔化极惰性气体保护焊工艺，通过通孔进行单面填丝点焊，再将试件翻转 对通孔的另一面进行填丝点焊。工艺参数为电弧电流50A，喷嘴与工件之间距离10mm，保护 气体流量15L/min，采用铝合金焊丝，送丝速度为5. Om/min，最终实现致密的连接。5、将搭接部分加热至180°C，保温30分钟，对胶层进行固化。将焊接后的材料裁剪为接缝方向宽25mm的力学测试试件，进行拉伸试验，每个拉 伸试件中存在单个焊点，试验结果拉伸失效载荷为6. OkN，剥离失效载荷为560N。实施例2，用本发明方法焊接镁合金。板材搭接部分的尺寸为20X300mm，板材厚度均为1. 5mm，焊接步骤如下；
1、焊前处理同实施例1。2、待焊材料的搭接面涂上胶层，搭接宽度为20mm，胶层总厚度为0. 15mm，采用酚 醛树脂结构胶黏剂。3、用焊接卡具将搭接部分压紧，在搭接处沿接缝方向开一排孔径为4mm的通孔， 每个通孔间的距离为45mm。4、采用钨极气体保护焊工艺，对通孔进行单面填丝点焊，再将试件翻转对通孔的 另一面进行填丝点焊。采用的焊接工艺参数为电弧电流70A，弧长3mm，保护气体流量IOL/ min。采用镁合金焊丝，送丝速度为3m/min，最终实现致密的连接。5、将搭接部分加热至160°C，保温40分钟，对胶层进行固化。将焊接后的材料裁剪为接缝方向宽25mm的力学测试试件，进行拉伸试验，每个拉 伸试件中存在单个焊点，试验结果拉伸失效载荷为8. 5kN，剥离失效载荷为670N。实施例3，用本发明方法焊接Q235钢。板材搭接部分的尺寸为35X 300mm，板材厚度均为2. 0mm，焊接步骤如下1、焊前处理同实施例1。2、待焊材料的搭接面涂上胶层，搭接宽度为35mm，胶层总厚度为0. 5mm，采用脲醛 树脂结构胶黏剂。3、用焊接卡具将搭接部分压紧，搭接处沿接缝方向开一排孔径为6mm的通孔，每 个通孔间的距离为50mm。4、采用等离子弧焊工艺，对通孔进行单面填丝点焊，再将试件翻转对通孔的另一 面进行填丝点焊。电弧电流180A，喷嘴与工件之间距离5mm，离子气流量3L/min，电极内缩 量3mm，保护气体流量15L/min，填充焊丝为钢焊丝，送丝速度4m/min，最终实现致密的连接。5、将接头加热至120°C，保温90分钟，对胶层进行固化。将焊接后的材料裁剪为接缝方向宽25mm的力学测试试件，进行拉伸试验，每个拉 伸试件中存在单个焊点，试验结果拉伸失效载荷为15kN，剥离失效载荷为7kN。
权利要求
1.一种金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，先将待连接材料的搭接面涂上固化结 构用胶黏剂，搭接在一起，再进行焊接，其特征在于，待连接材料的搭接面之间均勻涂有总 厚度为0. 02 Imm的胶层，搭接后沿接缝方向在搭接部分每隔15 50mm距离开孔径为 3 IOmm的通孔，再用电弧焊对开孔处进行双面填丝点焊焊接；在焊接前或焊接后把中间 涂有胶层的搭接部分加热至50 500°C，并保温10 180分钟对胶层进行固化。
2.如权利要求1所述的金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，其特征在于，搭接部 分为待连接材料边缘时，搭接宽度为15 40mm。
3.如权利要求2所述的金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，其特征在于，待连接 材料为镁合金、铝合金、钛合金、钢铁中的一种或两种。
4.如权利要求1或2或3所述的金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，其特征在于， 当电弧焊采用熔化极气体保护焊热源时，焊接工艺参数为电弧电流20 300A，喷嘴与工 件之间距离2 20mm，保护气体流量5 20L/min，送丝速度3 12m/min。
5.如权利要求1或2或3所述的金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，其特征在 于，当电弧焊采用钨极气体保护焊热源时，焊接工艺参数为电弧电流20 200A，弧长1 5mm，保护气体流量5 20L/min，送丝速度1 6m/min。
6.如权利要求1或2或3所述的金属间胶接加电弧填丝点焊的连接方法，其特征在于， 当电弧焊采用等离子弧焊热源时，焊接工艺参数为电弧电流40 500A，喷嘴与工件之间 距离3 15mm，离子气流量0. 5 5L/min，电极内缩量2 6mm，保护气体流量5 20L/ min，送丝速度2 10m/min。
全文摘要
本发明属于材料工程技术领域，涉及金属之间的连接技术，特别是金属之间焊接与胶接结合的连接技术。先将待焊材料的搭接面涂上固化结构用胶黏剂，搭接在一起，再进行焊接，其特征在于，待连接材料的搭接面之间均匀涂有总厚度为0.02～1mm的胶层，搭接后沿接缝方向在搭接部分每隔15～50mm距离开有孔径为3～10mm的通孔，用电弧焊对开孔处进行双面填丝点焊焊接；在焊接前或焊接后把中间涂有胶层的搭接部分加热至50～500℃，并保温10～180分钟。本发明能有效增加焊点强度，避免了其他胶焊技术所产生的表面塌陷，能提高难焊同种金属以及异种金属焊接结构件的承载载荷、疲劳强度和剪切性能，满足实际工程需要。
文档编号B23K9/007GK102059460SQ20101058547
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者任大鑫, 刘黎明, 宋刚, 张兆栋 申请人:大连理工大学