一种利用接触电阻进行固态焊接的方法

本发明提供一种利用接触电阻进行固态焊接的方法，其将焊接两端面接触固定，并保持0.1~100 MPa的恒定接触应力，两端通电，电流密度范围1~100A/mm2，利用接触电阻产生热量加热焊接端面；焊接端面温度升高后，分离接触面，将两端面距离拉开0.1~2mm，产生电弧持续1~10秒；在持续电弧后立刻将两端面压紧，型材的压缩变形量控制在0.1~5mm，压缩后断开电流，持续保持1~20秒时间，完成焊接。以实现对焊接质量和对焊缝组织、基体消耗控制的双重保障，满足高力学性能，高尺寸精度焊接构件的要求。本发明属于焊接技术领域。

技术领域
本发明涉及一种固态焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
金属材料的焊接从焊缝成型特征可分为熔化焊和固态焊两种，其中熔化焊在焊缝处金属会发生液化，形成熔池，在液化金属冷却后完成焊接，由于有液化金属的冷却，因此该类焊接焊缝为铸态枝晶组织，与基体组织差异较大，均匀性较差，如氩弧焊，电弧焊，乙炔火焰焊等，有的甚至需要加入焊料，导致其组织成分都处于不均匀状态。而固态焊接是一种在固态状态下通过加热焊接端面与通过压力完成焊接的方法，由于焊缝没有液化金属，相对熔焊技术有许多组织性能上的优点。在固态焊接中常见的为摩擦焊，闪光焊，电阻焊，这类焊接一般不需要焊料，焊缝基本无液化金属，组织与成分基本与基体一致，目前在一些高性能要求焊接构件中使用。其中：（1）摩擦焊接对设备动力要求较高，相对较为复杂，应用范围有限。（2）闪光焊接由于在端面形成高能电弧，产生爆破，因此在其加热过程中会不断闪光消耗基体材料，一方面导致贵重基体材料的浪费，另一方面其爆破消耗量较难控制，因此其尺寸精度控制较为困难。（3）电阻焊是一种将两端压紧后通电，利用基体的电阻产热，然后完成焊接。但电阻焊有两个重要弊端：一方面，由于焊接要求热量较高，通电后，夹持电极中间的材料将都被加热，这就导致了热影响区较宽，低性能区明显；另一方面，由于焊接端面处于压紧状态，在加热过程中焊接端面的一些脏东西，加热过程中形成的金属氧化物较难排除，因此容易在焊缝处形成分割基体的界面，导致焊后力学性能较差。因此，为了满足高质量的焊接要求，有必要发展一种具有固态焊接的质量优点，又能对焊缝组织，基体消耗实现有效控制的技术方案。满足高力学性能，高尺寸精度焊接构件的要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种利用接触电阻进行固态焊接的方法，以实现对焊接质量和对焊缝组织、基体消耗控制的双重保障，满足高力学性能，高尺寸精度焊接构件的要求。为解决上述问题，拟采用这样一种利用接触电阻进行固态焊接的方法：根据固态焊接的原理及要求，一方面需要足够的热量，一方面需要在焊接端面有一定的压力发生一定的应变。将焊接构件两边夹紧，焊接端面相互靠近接触，通过应力传感器，控制应力的大小来保证其接触状态，一般根据不同材料接触压应力保持在0.1~100 MPa范围，不需让构件两端压紧，然后通电，这种方案对电流无选择，可通交流电或直流电，电流密度范围1~100A/mm²。构件焊接端面相互接触的部位在接触电阻的作用下开始加热，由于端面接触电阻大，因此会出现接触端面首先达到较高的温度，避免了两夹持电极之间的构件都同时被加热到很高的温度，导致热影响区变大。电流通过时间范围为5~120秒，随温度上升到高温后，将接触应力设置为0，即将两端面距离控制在0.1~2mm范围间距，此时由于未断电，两端面之间缝隙内空气被电离形成电弧，电弧高温将作用在端面，导致原来端面在高温时形成的氧化物被烧去，且被电弧气化的金属蒸汽会对端面形成一个蒸汽保护层来防止氧化，在持续产生电弧1~10秒后立刻将焊接构件两端面压在一起。由于金属应力和应变具有关联性，可通过变形量来控制压力大小，压缩变形量根据焊接构件不同控制在0.1~5mm范围，压缩后立刻断开电流，保持1~20秒时间即可松弛压力，完成焊接。与现有技术相比，本发明通过控制加热区间，减少了热影响区范围，通过控制构件端面距离；形成电弧实现了对焊接端面的清洁；通过控制压缩变形量，实现了对焊接件尺寸的准确控制。
附图说明
图1是φ8mm镍合金棒料焊接的焊缝金相图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对发明作进一步地详细描述。实施例1：φ8mm镍合金棒料焊接将棒料分别夹持在电极上，相对保持1MPa的压应力，通过电流，约10A/mm²，在保持加热约20秒后，将两端分离，产生电弧约3秒左右，再紧压在一起，控制变形在2mm，形成了焊疤，完成焊接，焊缝的金相如图1所示，其中有明显的塑性变形痕迹，为等轴晶粒，但是没有铸态组织。实施例2：φ10mm铝合金棒料焊接将棒料分别夹持在电极上，相对保持小于3MPa的压应力，通过电流，约3A/mm2，在保持加热约5秒后，将两端分离，产生电弧约2秒左右，再紧压在一起，控制变形在1mm，然后断电后压紧5秒，形成了焊疤，完成焊接。