一种异种金属板材焊接装置及方法与流程

本发明涉及一种异种金属板材焊接装置及方法，属于金属材料高能率塑性加工领域。

背景技术

高能率成形技术，是通过能量的瞬间释放产生的高压冲击来使金属工件成形的技术。相对于传统的运用机械力成形。由于变形不是由凸模的外力形成的，并无直接接触。因此成形工件表面质量比较好。且具有成形时金属流动性比较好，有效减少起皱，成形精度好等特点。

目前来说，高能率成形技术涉及电液成形、炸药爆炸成形、电磁成形等。运用瞬间的高压冲击，在金属加工领域已经有了诸多应用，比如冲孔、切断、粉末压实、成形等。但是，对于异种板材的连接方法来说，炸药爆炸成形无法将工艺扩展到薄板或小焊接区域，此外，越来越严格的安全法规禁止炸药的使用。将磁脉冲用于金属加工的最显着的缺点是其通电工作线圈在某一磁场力和循环操作频率之下寿命有限。并且，基于磁脉冲的执行器仅在具有导电性的工件时才有效。导电驱动板可用于驱动电导率较小的材料，但这会增加工艺时间和成本。而电液金属加工的水下放电，已经暴露了由于工作介质中的局部高压形成的空穴现象，造成了效率低下和压力不均匀等问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种异种金属板材焊接装置及方法，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种异种金属板材焊接装置，包括电木底座，所述电木底座上固连有正极传导铜条与负极传导铜条，所述正极传导铜条与负极传导铜条之间经金属箔片相互连接，所述金属箔片上方设有电木压板，所述电木压板与金属箔片之间形成用于连接飞板与靶板的焊接腔，所述焊接腔中设有用于隔离飞板与靶板之间边缘的隔离片。

优选的，所述金属箔片与电木底座之间设有下钢板，所述靶板与电木压板之间设有上钢板。

优选的，所述正极传导铜条与负极传导铜条的一同端侧均固连有接线端子、另一同端侧均固连有接箔端子。

优选的，所述电木底座上表面开设有用于嵌设正极传导铜条与负极传导铜条的第一定位凹槽、用于嵌设下钢板的第二定位凹槽，所述电木压板下表面开设有用于嵌设上钢板的第三定位凹槽，所述第一定位凹槽形状与传导铜条相适应，所述第二定位凹槽形状与下钢板相适应，所述第三定位凹槽形状与上钢板相适应，所述第一定位凹槽上均设有安装通孔，所述正极传导铜条与负极传导铜条均经至下往上穿过安装通孔的外六角螺栓螺接在电木底座上，所述电木底座下表面设有正六边形的沉头孔。

优选的，所述接线端子均包括压线块，所述压线块均经旋紧螺栓螺接在正极传导铜条与负极传导铜条的前端，所述接箔端子均包括压箔块，所述压箔块均经旋紧螺栓螺接在正极传导铜条与负极传导铜条的后端，所述金属箔片端部压紧于压箔块与传导铜条之间。

优选的，所述金属箔片的中间薄、两边厚。

优选的，所述隔离片为分体式的第一片体与第二片体，所述第一片体与第二片体之间具有间隔。

优选的，所述隔离片为一体式的“回”字形结构。

一种异种金属板材焊接装置的焊接方法，按以下步骤进行：（1）工装准备：按照技术方案所述进行工装，用压箔块将金属箔片固定，用压线块压紧接入电极端子，旋紧旋紧螺栓，将飞板（需进行焊接的金属板材之一）置于金属箔片上，将隔离片放置在飞板上，将靶板放置在隔离片上，将上钢板放置在靶板上；（2）充电准备：外网的电压经过升压变压器进行升压，然后通过整流器把交流电转换为直流电，再通过限流电阻对储能电容器充电，充电达到预定电压后，断开充电回路；（3）放电连接：接通放电回路的高压开关，储能电容器释放瞬时脉冲大电流，然后通过传导铜条对金属箔片放电，金属箔片瞬时汽化，产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动飞板高速撞击靶板实现焊接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该异种金属板材焊接装置的结构简单，连接过程包括在金属箔片上加载瞬时大脉冲电流，使金属箔片狭窄处部分短时间汽化来产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动飞板获得一定速度向靶板高速撞击，产生固相冶金结合现象，以此来进行焊接；金属箔片能够汽化产生强大的驱动压力来推动飞板向靶板冲击。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的爆炸图。

图2为本发明实施例的立体图。

图3为图2中a-a向的焊接原理剖视图。

图4为电木底座的立体图。

图5为电木底座的仰视图。

图6为电木压板的立体图。

图7为放大显示的金属箔片的侧视图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~7所示，一种异种金属板材焊接装置，包括电木底座1，所述电木底座上固连有正极传导铜条2与负极传导铜条3，所述正极传导铜条与负极传导铜条之间经金属箔片4相互连接，所述金属箔片上方设有电木压板5，所述电木压板与金属箔片之间形成用于连接飞板6与靶板7的焊接腔，所述焊接腔中设有用于隔离飞板与靶板之间边缘的隔离片8；正极传导铜条与负极传导铜条用于进行电流传导，进而对金属箔片加载短时脉冲电流，使之短时间内汽化，产生强大的驱动压力来推动飞板向靶板冲击，进而实现金属焊接；电木底座与电木压板为电木材料，电木底座用于与工作台绝缘来保证操作过程的安全。

在本发明实施例中，所述金属箔片与电木底座之间设有下钢板9，所述靶板与电木压板之间设有上钢板10，下钢板用于承受及将金属箔片汽化时带来的压力集中导向靶板，同时也隔绝汽化时带来的高温影响，保护电木底座，延长装置使用寿命。

在本发明实施例中，所述正极传导铜条与负极传导铜条的一同端侧均固连有接线端子、另一同端侧均固连有接箔端子。

在本发明实施例中，所述电木底座上表面开设有用于嵌设正极传导铜条与负极传导铜条的第一定位凹槽11、用于嵌设下钢板的第二定位凹槽12，所述电木压板下表面开设有用于嵌设上钢板的第三定位凹槽13，所述第一定位凹槽形状与传导铜条相适应，所述第二定位凹槽形状与下钢板相适应，所述第三定位凹槽形状与上钢板相适应，所述第一定位凹槽上均设有安装通孔14，所述正极传导铜条与负极传导铜条均经至下往上穿过安装通孔的外六角螺栓15螺接在电木底座上，所述电木底座下表面设有正六边形的沉头孔16，定位凹槽用于传导铜条与钢板的初步定位，沉头孔保证金属的外六角螺栓头部沉于电木底座之中，进行绝缘防护，防止漏电于装置外，保证安全操作及可靠性。同时，沉头孔设计加工为正六边形形状，因此，当外六角螺栓进行部件连接时，头部能够沉入孔中并被沉头孔约束而不能转动，只需操作螺母端进行拧紧操作即可，其装配更加便利。

在本发明实施例中，所述接线端子均包括压线块17，所述压线块均经旋紧螺栓18螺接在正极传导铜条与负极传导铜条的前端，所述接箔端子均包括压箔块19，所述压箔块均经旋紧螺栓螺接在正极传导铜条与负极传导铜条的后端，所述金属箔片端部压紧于压箔块与传导铜条之间；传导铜条用于电容器组的正负极与金属箔片的回路连接，能够传导瞬时脉冲大电流，压箔块用于压紧金属箔片，保证金属箔片稳定工作，压线块能够保证正极端子31、负极端子32压接在传导铜条上，旋紧螺栓能够调节旋紧程度，能够确保压紧，防止出现因压线不紧而出现的打火现象。

在本发明实施例中，所述压线块与压箔块可以但不仅限于选用如紫铜或者电木等小电阻或绝缘体材料，以此将系统回路的电阻降到最低。

在本发明实施例中，所述金属箔片的中间薄、两边厚，形成狭窄区20，狭窄区大小可用来对焊接区域及大小进行控制。

在本发明实施例中，所述隔离片为分体式的第一片体21与第二片体22，所述第一片体与第二片体之间具有间隔23，间隔大小可用来对焊接区域及大小进行控制，间隔起到为飞板的高速撞击提供一个加速距离的作用，从而飞板受到驱动压力后能够在这距离内达到一定速度，进而达到固相冶金结合的条件，同时可以通过调节第一片体与第二片体之间的距离大小来对焊接区域及大小进行控制。

在本发明实施例中，所述隔离片为一体式的“回”字形结构，“回”字形的中间孔洞形成间隔23。

在本发明实施例中，在进行工装装配前，需要用绝缘的pet聚酯薄膜对下钢板及金属箔片进行包裹，以此绝缘来尽量减小整个通电回路的电阻大小，尽可能排除外围因素的影响及提高系统的能量利用率。

一种异种金属板材焊接装置的焊接方法，按以下步骤进行：（1）工装准备：按照技术方案所述进行工装，用压箔块将金属箔片固定，用压线块压紧接入电极端子，旋紧旋紧螺栓，将飞板（需进行焊接的金属板材之一）置于金属箔片上，将隔离片放置在飞板上，将靶板放置在隔离片上，将上钢板放置在靶板上；（2）充电准备：外网的电压经过升压变压器24进行升压，升压变压器包括初级线圈29与次级线圈30，然后通过整流器25把交流电转换为直流电，再通过限流电阻26对储能电容器充电，充电达到预定电压后，断开充电回路；（3）放电连接：接通放电回路的高压开关27，储能电容器28释放瞬时脉冲大电流，然后通过传导铜条对金属箔片放电，金属箔片瞬时汽化，产生大量膨胀气体进而产生驱动压力，驱动飞板高速撞击靶板实现焊接，连接成本低，连接效果好，连接强度甚至高于较弱母材，结构设计合理，装配方便；通过电爆产生的冲击进行板材连接，相对于磁脉冲连接对板材磁导率的要求，电爆连接适用板材材料范围比较广。同时，相对于炸药爆炸成形安全；另一方面，可以选用价格较为低廉的金属铝箔作为触发材料，使得连接成本较低，不存在触发机构的寿命问题；并且其产生的冲击速度较大，保证其连接区域的质量。

在本发明实施例中，所述电木压板用于下压抵抗汽化爆炸的冲击力，保证整体装置的稳定，其下压的动力来源可以采用外部的夹具或油缸提供下压力f。

在本发明实施例中，通过在金属箔片上加载脉冲电流，将其短时间汽化，产生大量突然膨胀的气体引发强烈的机械冲击，驱动压力可以达到几个gpa，因此，如果工件放置在该导体附近，则它将被加速到高速并且可以对其进行有用的工作。能够驱动工件速度超过1km/s。利用这种强大的驱动压力，能够在金属加工成形行业进行许多的应用。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的异种金属板材焊接装置及方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。