一种铜‑钢复合板接合面缺陷区域的补焊方法与流程

本发明涉及金属复合板制备领域，具体地，涉及一种铜-钢复合板接合面缺陷区域的补焊方法。

背景技术：

金属复合板是将两种或两种以上的金属板材紧密贴合在一起而获得的层状复合材料。金属复合板能够充分利用组成板材各组分的物理、化学特性，从而提高复合板整体的综合性能，同时对于钛合金、铜合金等较昂贵金属，采用常规金属基板搭配昂贵金属覆材的复合板结构可在保证性能的前提下，显著减少昂贵金属的使用量，大幅降低生产成本。就铜-钢复合金属板而言，由于兼备铜和钢的优异性能，铜钢复合板可用于制造热交换器、电镀用电极、减速机蜗轮等，在冶金、化工、能源等领域有关广泛应用。

复合板的制备关键，是通过一定的搭接接合技术，实现板与板之间的紧密贴合，在接合面处产生牢固可靠的冶金结合。目前工业生产中常用到的复合板搭接接合技术主要有爆炸复合技术和热轧复合技术。爆炸复合技术利用炸药爆炸产生的冲击力，使得金属板之间在极短时间发生高速相互碰撞从而形成牢固的板间结合。热轧复合技术的原理则是在一定的温度和轧机强大的压力作用下使得金属板发生塑性变形和流动，促进接合面处的物质扩散，从而实现异种金属板材的冶金结合。这两种复合板搭接接合技术可以高效地实现大面积复合板的制备，在实际生产中都已有广泛应用。

由于铜合金、钢铁的合金种类较多，板材幅面、厚度等尺寸配置多样，有时复合板搭接工艺规范区间较窄而敏感，使得铜-钢复合板的接合质量较难控制，在复合板制备完成及之后的热处理等过程中，在铜-钢复合板的部分区域常检测出接合面不贴合等焊接缺陷。在这种情况下，一般采用碳弧气刨等方法对复合板缺陷区域处的上层金属材料进行清除，再采用电弧堆焊(焊条电弧焊，钨极氩弧焊等)的方式对缺陷区域进行补焊修复。然而，由于铜与钢存在较大的物理性质差异，采用电弧堆焊的方法难以获得优良品质的修复效果；且采用电弧堆焊的方法，需先将缺陷区域的上层金属去除，再添加与上层金属相近的焊材进行堆焊修复，工序较多，效率较低，成本较高。

因而，亟需一种对广泛的铜-钢复合板的组合均具有良好搭接焊接性的高效、低成本的补焊方法。201480043947.9搅拌摩擦焊接方法，在搅拌摩擦焊接时被认为是难焊接材料的铝合金制铸件、2000系、4000系、5000系以及7000系铝合金材料中的同种或不同种材质的两件材料中能够有利于获得具有无焊接缺陷的完好的焊接部的焊接产品的搅拌摩擦焊，但未见有搅拌摩擦焊接方法用于铜-钢复合板接合面缺陷区域的补焊。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铜-钢复合板接合面缺陷区域的补焊方法，对于广泛的铜-钢合金的种类组合，均可实现接合面缺陷区域处的高质量、高效、低成本的补焊修复。

为了实现上述目的，本发明的实现方法是：对于采用一定的金属复合板搭接接合技术制备得到的铜-钢复合板，采用搅拌摩擦处理方法对铜-钢复合板的接合面缺陷部位进行补焊。将铜-钢复合板紧固于搅拌摩擦焊机的工作台上，使搅拌摩擦焊机的搅拌头移动至铜-钢复合板接合面缺陷区域的上方，使搅拌头高速旋转，搅拌头下方的搅拌针插入缺陷区域的上方金属并穿过复合板的接合界面，搅拌头继而以一定速率在缺陷区域内直线前进。在搅拌针高速的旋转下，铜-钢复合板接合界面附近的金属被搅拌并发生塑性流动，界面上侧和下侧的异种金属经塑性流动实现相互融合，从而使得接合面处原先存在的缺陷(未贴合、裂纹等)消失，形成高质量的冶金结合界面。当一道搅拌摩擦处理完成后，抬升搅拌头，在铜-钢复合板接合面缺陷区域内平移搅拌头，继续进行上述搅拌摩擦处理，最终使得所有区域完成补焊修复。后续可对复合板表面进行打磨等微量机械加工，以使补焊区域表面平整光洁。

可选地，所述铜-钢复合板的搭接接合技术可以是下述途径之一：爆炸复合技术、热轧复合技术、液固相轧制复合技术、扩散焊接技术。

可选地，所述铜-钢复合板可由两个或两个以上的单层金属板复合而成。

可选地，所述铜-钢复合板，每层金属板可以是铜板或钢板。铜板可以是纯铜板、铜锌合金板、铜锡合金板、铜铝合金板、铜硅合金板、铜镍合金板。钢板可以是任何含碳量质量百分比介于0.02％至2.11％之间的、添加有其他元素的铁碳合金。

可选地，所述铜-钢复合板，其单层金属板的厚度在0.1mm-500mm之间，面积在0.1mm2～20mm2之间。

可选地，所述搅拌摩擦处理，其搅拌针长度在0.1～200mm之间，搅拌针可以是带螺旋槽的圆柱体或圆锥体，搅拌针底端的直径在0.01～2500mm²之间，搅拌头转速在50～5000rpm之间，搅拌头扎入铜-钢复合板的深度在0.1～200mm之间，下压倾角在0°～50°之间，搅拌头的直线前进速度在1-2000mm/min之间。

可选地，所述搅拌摩擦处理，可在铜-钢复合板的接合面缺陷部位进行一道处理，也可进行多道处理。

有益效果：相较于电弧堆焊方法，采用上述搅拌摩擦处理方法对铜-钢复合板接合面缺陷区域进行补焊修复，过程中无需去除缺陷位置的覆层材料，亦无需添加焊接材料，降低了金属材料的消耗，降低了生产成本；同时由于工序的减少和搅拌摩擦技术高机械化的特征，使得生产效率较高；由于搅拌摩擦技术本身是一种十分优异的异种材料的焊接手段，因而对于广泛的异种金属板的组合，采用本方法都可实现高质量的补焊修复。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是采用搅拌摩擦处理方法进行铜-钢复合板补焊修复的原理图；搅拌头旋转方向图中示；

图2是实施例1的补焊前紫铜-低碳钢复合板接合面缺陷区域的金相照片；

图3是实施例1的补焊后紫铜-低碳钢复合板接合面缺陷区域的金相照片；

图4是实施例2的补焊前紫铜-不锈钢复合板接合面缺陷区域的金相照片；

图5是实施例2的补焊后紫铜-不锈钢复合板接合面缺陷区域的金相照片。

附图标记说明：

1上金属板(覆材)2下金属板(基板)3铜-钢复合板接合面缺陷区域4搅拌头5搅拌针。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

在本实施例中，采用爆炸复合技术制备得到紫铜-低碳钢复合板。紫铜板的尺寸为500mm*250mm*3mm，低碳钢板的尺寸为500mm*250mm*10mm。紫铜板在上作为覆材1，低碳钢板在下作为基板2。经超声检测发现一d150mm的复合板接合面缺陷区域3。如图2为补焊前复合板接合面缺陷区域的金相照片，由图上看出，紫铜与低碳钢界面处存在较大空隙，未形成有效的冶金连接。

如图1所示，采用搅拌摩擦处理方法对复合板接合面缺陷区域进行补焊修复。将铜-钢复合板紧固于搅拌摩擦焊机的工作台上，使搅拌摩擦焊机的搅拌头4移动至铜-钢复合板接合面缺陷区域3的上方，使搅拌头4高速旋转，搅拌头4下方的搅拌针5插入缺陷区域的覆材1并穿过复合板的接合界面，搅拌头4继而以一定速率在铜-钢复合板接合面缺陷区域3直线前进。在搅拌针5高速的旋转下，铜-钢复合板接合面缺陷区域3附近的金属被搅拌并发生塑性流动，界面上侧和下侧的异种金属经塑性流动实现相互融合，从而使得接合面处原先存在的缺陷(未贴合、裂纹等)消失，形成高质量的冶金结合界面。当一道搅拌摩擦补焊完成后，抬升搅拌头4，在铜-钢复合板接合面缺陷区域3内平移搅拌头4，继续进行上述搅拌摩擦处理，最终使得所有区域完成补焊修复。后续可对复合板表面进行打磨等微量机械加工，以使补焊区域表面平整光洁。

在本实施例中，其搅拌针5长度为3.1mm，搅拌针5为带螺旋槽的圆锥体，搅拌针5底端的直径在25mm²，搅拌头4转速为1300rpm，搅拌头4扎入铜-钢复合板的深度为3.15mm，下压倾角为0°，搅拌头4的直线前进速度为30mm/min。

如图3所示为补焊后紫铜-低碳钢复合板接合面缺陷区域的金相照片。由图上可以看出，补焊后，紫铜与低碳钢界面处的空隙消失，经搅拌摩擦处理后界面处的紫铜与低碳钢相互融合在一起，并形成一定的机械嵌合区，这有利于增强接头的力学性能。

实施例2

在本实施例中，采用爆炸复合技术制备得到紫铜-不锈钢复合板。紫铜板的尺寸为500mm*250mm*3mm，不锈钢板的尺寸为500mm*250mm*8mm。紫铜板在上作为覆材1，不锈钢板在下作为基板2。经超声检测发现一d120mm的复合板接合面缺陷区域3。如图4为补焊前复合板接合面缺陷区域的金相照片，由图上看出，紫铜与不锈钢界面处存在较大空隙，未形成有效的冶金连接。

如图1所示，采用搅拌摩擦处理方法对复合板接合面缺陷区域进行补焊修复。将铜-钢复合板紧固于搅拌摩擦焊机的工作台上，使搅拌摩擦焊机的搅拌头4移动至铜-钢复合板接合面缺陷区域3的上方，使搅拌头4高速旋转，搅拌头4下方的搅拌针5插入缺陷区域的覆材1并穿过复合板的接合界面，搅拌头4继而以一定速率在铜-钢复合板接合面缺陷区域3直线前进。在搅拌针5高速的旋转下，铜-钢复合板接合面缺陷区域3附近的金属被搅拌并发生塑性流动，界面上侧和下侧的异种金属经塑性流动实现相互融合，从而使得接合面处原先存在的缺陷(未贴合、裂纹等)消失，形成高质量的冶金结合界面。当一道搅拌摩擦补焊完成后，抬升搅拌头4，在铜-钢复合板接合面缺陷区域3内平移搅拌头4，继续进行上述搅拌摩擦处理，最终使得所有区域完成补焊修复。后续可对复合板表面进行打磨等微量机械加工，以使补焊区域表面平整光洁。

在本实施例中，其搅拌针5长度为3.1mm，搅拌针5为带螺旋槽的圆锥体，搅拌针5底端的直径为25mm²，搅拌头4转速为1500rpm，搅拌头4扎入铜-钢复合板的深度为3.15mm，下压倾角为0°，搅拌头4的直线前进速度为60mm/min。

如图5所示为补焊后紫铜-不锈钢复合板接合面缺陷区域的金相照片。由图上可以看出，补焊后，紫铜与不锈钢界面处的空隙消失，经搅拌摩擦处理后界面处的紫铜与不锈钢相互融合在一起，并形成一定的机械嵌合区，这有利于增强接头的力学性能。