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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 難焊材料電致超塑性焊接新工藝及其實(shí)驗(yàn)裝置
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對一類碳當(dāng)量較大的難焊材料，開發(fā)出一種電致超塑性焊接新工藝及其實(shí)驗(yàn)裝置，通過施加強(qiáng)電場，增強(qiáng)材料超塑性，可實(shí)現(xiàn)這類難焊材料的同材或異材間的高致密固態(tài)連接。
- 詳細(xì)介紹：
- 超高碳鋼UHCS等一類具有大體積分?jǐn)?shù)碳化物的鋼是重要的高性能工程材料，但可焊性差,嚴(yán)重制約其工業(yè)應(yīng)用。鋼中大體積分?jǐn)?shù)的、化學(xué)穩(wěn)定性和變形能力大小不一的碳化物是影響其可焊性的關(guān)鍵因素，是此類材料在應(yīng)用中亟待重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。 本作品在已有多功能高壓電源專利的基礎(chǔ)上，針對具有大體積分?jǐn)?shù)碳化物鋼這類難焊材料，研發(fā)出一種電致超塑性固態(tài)焊接新工藝及其實(shí)驗(yàn)裝置。即通過施加強(qiáng)電場，增強(qiáng)固態(tài)焊接所必需的塑性變形和擴(kuò)散，并通過對固態(tài)焊界面微區(qū)大體積碳化物的行為及其相關(guān)效應(yīng)與焊合關(guān)系的研究，探討電致超塑性焊接接頭形成機(jī)理，優(yōu)化焊接工藝，以獲得高質(zhì)量的固態(tài)焊焊接接頭。 本作品技術(shù)構(gòu)思新穎獨(dú)特，方案設(shè)計(jì)合理，技術(shù)成熟可靠，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。為解決超高碳鋼等一類大體積分?jǐn)?shù)碳化物鋼難焊材料的成形加工提供了新的思路和方法，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：超高碳鋼UHCS等一類具有大體積分?jǐn)?shù)碳化物鋼是重要的高性能工程材料，但此類鋼焊接性差導(dǎo)致其焊接加工困難。實(shí)現(xiàn)這類難焊材料與異材鋼的焊接成為了其在工業(yè)應(yīng)用中亟待解決的問題。 基本思路：目前實(shí)現(xiàn)異種難焊材料高質(zhì)量固態(tài)焊接的有效方法不是很多，基于材料超塑性的超塑固態(tài)焊接是可行方法之一。但是超高碳鋼的超塑性變形能力不足，通過施加強(qiáng)電場作用，能夠提高材料的超塑性，增強(qiáng)其塑性變形和擴(kuò)散能力，將更容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊合。 創(chuàng)新點(diǎn)：將強(qiáng)電場作用引入到超塑性固態(tài)焊接過程中，技術(shù)構(gòu)思新穎，具有首創(chuàng)性； 技術(shù)關(guān)鍵：解決焊接過程中動載荷下靜電場作用的施加，以及實(shí)驗(yàn)裝置的絕緣安全問題 主要技術(shù)指標(biāo)：電場強(qiáng)度范圍：0～15kv/cm；工作溫度范圍：室溫～950℃；試驗(yàn)機(jī)壓頭速率范圍：0.02～60 mm/min
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 針對超高碳鋼等一類難焊材料，由于大量的碳化物導(dǎo)致其焊接性很差。常規(guī)的熔焊方法基本無法實(shí)現(xiàn)焊接加工，采用釬焊方法往往又無法滿足鋼材使用強(qiáng)度高的要求。 采用固態(tài)焊方法，借助于加熱加壓以滿足接頭形成所需的塑性變形和擴(kuò)散，能最大程度實(shí)現(xiàn)接頭與母材組織性能一致的高質(zhì)量焊接。 電致超塑性是材料在電場作用下表現(xiàn)出的超塑性。施加電場可以進(jìn)一步增強(qiáng)材料的超塑效應(yīng)，改善碳化物變形行為，增強(qiáng)固態(tài)焊接所需塑性變形機(jī)制和擴(kuò)散機(jī)制的進(jìn)行，使超塑性焊接過程加快，并能使接頭區(qū)晶粒細(xì)化、塑性改善。電致超塑性焊接新工藝在理論上和技術(shù)上是可行性的，這也將是這一類難焊材料焊接的最理想的選擇。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物 產(chǎn)品 模型 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 實(shí)驗(yàn)裝置主要包括:試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加電場裝置。由試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行控制，加電場裝置提供電場作用環(huán)境，進(jìn)行電致超塑性焊接，最終由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集焊接中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并加以分析。 作品的技術(shù)特點(diǎn)在于利用外加強(qiáng)電場作用，使難焊材料的塑性變形能力和擴(kuò)散能力顯著增強(qiáng)，焊接過程加快。這種優(yōu)化的焊接工藝及其裝置，具有控制簡單、可操作性強(qiáng)、優(yōu)化效果顯著等優(yōu)勢。作品設(shè)計(jì)使用的電極和高壓電源（已取得國家發(fā)明專利），解決了高溫高壓動載荷下的絕緣問題，施加電場作用的技術(shù)比較成熟。 電致超塑性焊接新技術(shù)所需壓力小、無需真空或保護(hù)氣氛、工藝設(shè)備簡單。具有它固態(tài)壓接技術(shù)不能比擬的特點(diǎn)，因而在現(xiàn)代制造領(lǐng)域具有潛在的工業(yè)應(yīng)用前景和明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 超塑焊接是一種基于材料超塑性的新型固態(tài)焊接技術(shù)。Schwartz.M.M 最早提出將材料超塑性應(yīng)用于固態(tài)焊接。材料處于超塑性狀態(tài)時(shí)，可在較低應(yīng)力下實(shí)現(xiàn)大的塑性變形，而且在超塑變形過程中原子處于高激活狀態(tài)，原子擴(kuò)散能力加強(qiáng)，可以在較短時(shí)間、較低溫度下產(chǎn)生明顯的擴(kuò)散，非常有助于實(shí)現(xiàn)待連接面的緊密接觸、破膜及界面兩側(cè)的原子相互擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)固態(tài)連接。 然而鋼鐵材料的超塑性相比于某些有色合金較差，且變形溫度較高，特別是對于一類含有大體積分?jǐn)?shù)碳化物鋼的難焊材料，其超塑性固態(tài)焊接國內(nèi)外研究不多。O.D.Sherby等用含彌散分布的球狀滲碳體和鐵素體超高碳鋼合金，在Ac1溫度下進(jìn)行恒溫超塑性固態(tài)焊接實(shí)驗(yàn)，并壓制出了超高碳鋼合金與低碳鋼相間疊壓的多層復(fù)合板；河南科技大學(xué)等對許多結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼進(jìn)行了組織超細(xì)化預(yù)處理后的恒溫超塑性固態(tài)焊接。但這些實(shí)驗(yàn)研究大多針對于一些低碳的焊接性較好的材料，對于難焊材料的超塑焊接研究效果并不理想。 金屬的電致超塑性效應(yīng)最早由O.A.Troitskii和V.I.Likhtman提出，隨后美國科學(xué)家Varma等也開始了這方面的工作。北卡羅萊納州立大學(xué)H.Conrad教授進(jìn)行了大量關(guān)于電場對金屬及合金塑性變形影響的研究。研究表明：金屬在電致塑性或電致超塑性狀態(tài)下，具有低的流動應(yīng)力、高的塑變能力、以及高的原子擴(kuò)散能力等特點(diǎn)，并且可以保證較低的超塑性變形溫度、較低的變形力和高的應(yīng)變速率。 基于上述研究，本作品開發(fā)出了針對難焊材料的固態(tài)焊接新工藝，首次將金屬的電致超塑性效應(yīng)的特點(diǎn)與以往的超塑性固態(tài)焊接有機(jī)的結(jié)合起來，并以此開發(fā)出新的焊接試驗(yàn)裝置。通過施加強(qiáng)電場作用，對超塑性固態(tài)焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，這種獨(dú)創(chuàng)性的思路經(jīng)過理論論證具有很強(qiáng)的可操作性。
