[发明专利]一种铝/钢复合过渡接头的加工工艺

说明书

一种铝/钢复合过渡接头的加工工艺，属于金属材料领域。本发明在钢管待焊接区表面制备一层镍中间过渡层，阻隔钢与铝之间的界面反应；并采用铝合金电弧堆焊的方法在镍中间过渡层上根据设计要求制造出相应的结构毛坯，之后再采用机械加工方法进行精加工，形成钢/铝复合过渡接头，在应用过程中可将该过渡接头通过焊接方法钢侧与钢焊接、铝侧与铝焊接；在电弧增材制造过程中钢管中可同步通入水冷解决管路增材制造过程中的热积累问题。本发明解决了钢铝焊接热物理性能相差大，接头脆性增加，塑性和韧性下降；接头变形大，易形成裂纹；冷却结晶后焊缝成分不均匀，接头性能较差等难题，实现了钢/铝异种金属的高质量焊接。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种异种金属复合接头的加工工艺。

背景技术

在船舶、航空、航天和汽车制造等领域，经常需要进行钢管与铝合金构件的连接。传统的机械连接存在密封性差，容易进水易腐蚀等缺点，无法满足设计要求。采用焊接技术连接时，由于二者之间热物理性能相差很大，易形成硬而脆的金属间化合物，使接头脆性增加，塑性和韧性下降；热导率和线膨胀系数相差大，接头变形大，易形成裂纹；熔点差异大，使冷却结晶后焊缝成分不均匀，接头性能较差。如何实现钢/铝异种金属的高质量焊接已经成为亟待解决的问题。目前，铝钢连接已有较多的解决方案，如专利号202011357533.7所述的基于爆炸焊的钢铝过渡接头焊接的方法，适用于船舶钢结构与铝合金上层建筑的连接，但是除复合板结构的过渡接头外，爆炸焊工艺直接制造复杂结构的过渡接头比较困难。再如专利号202110586941.8所述的基于优化点焊缝结构的铝钢异种金属的焊接接头，适用于车身铝合金与钢的连接，但是点焊不适用于制造对密封性要求严格的接头。

发明内容

为了解决这个问题，本发明提出在钢管待焊接区表面制备一层镍中间过渡层，阻隔钢与铝之间的界面反应；并采用铝合金电弧堆焊的方法在镍中间过渡层上根据设计要求制造出相应的结构毛坯，之后再采用机械加工方法进行精加工，形成钢/铝复合过渡接头，在应用过程中可将该过渡接头通过焊接方法钢侧与钢焊接、铝侧与铝焊接；在电弧增材制造过程中钢管中可同步通入水冷解决管路增材制造过程中的过量热积累造成的铝堆焊层塌陷和钢管烧穿问题。

本发明的技术方案为：

一种铝/钢复合过渡接头的加工工艺，其特征在于：

以不锈钢管作为增材制造的基体材料，并对所述钢管待焊部位表面处理；采用电镀、化学镀、熔覆或喷涂方法在所述钢管待焊区表面制备一层镍中间过渡层；再以铝合金焊丝作为增材制造材料，采用惰性作为保护气体，采用电弧堆焊技术在所述钢管预处理表面以旋转堆焊的方式，完成第一层铝堆焊层的制备，再按过渡接头所需形状在所述第一层铝堆焊层基础上进行堆焊；在堆焊完成后采用机械加工的方式对过渡接头按所需的形状进行加工。

进一步地，在镍中间过渡层表面需进一步制备锌过渡层或涂敷钎剂。

进一步地，所涉及的电弧堆焊过程中的钢管部位需根据堆焊工艺控制要求选择通入或不通入冷却水，冷却水的温度为15～100℃；所涉及的电弧焊接方法包括但不限于非熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊。

进一步地，所涉及的机械加工方法包括但不限于车削、切削和打磨方法。

如上所述一种铝/钢复合过渡接头的加工工艺，具体加工步骤为：

1)、一种钢/铝复合过渡接头，该过渡接头由电弧熔丝堆焊制成，不锈钢管作为增材制造的基体材料，上部增材制造铝堆焊层。采用电镀、化学镀、熔覆或喷涂等方法在所述钢管待焊区表面制备一层镍中间过渡层；

2)、在所述过渡层表面镀锌或者涂覆钎剂或二者并用，以促进电弧堆焊过程中液态金属的润湿铺展；

3)、在所述钢管两侧采用动密封装置进行密封，并通入循环冷却水，所述冷却水温度和流速被严格控制确保降温速率适中，以解决管路旋转堆焊时热积累问题，同时避免液态铝在铺展完全前凝固，并能控制钢与中间过渡层之间的界面反应；