[發明專利]一種增強鋁合金焊頭力學性能的攪拌摩擦焊接工藝

無效

• 申請號: 200610135149.6
• 申請日: 2006-12-28
• 公開（公告）號: CN101209511A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 馬宗義;任淑榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 張晨

技術領域：

本發明涉及金屬材料，特別提供了一種增強鋁合金焊頭力學性能的攪拌摩擦焊接工藝，適用于焊接各種高強度鋁合金。

背景技術：

攪拌摩擦焊接鋁合金的焊核區在金相腐蝕后常常會出現一條“S”形的線，它一般出現在焊核區的根部，有時會貫穿整個焊核區。鋁板對接面的氧化皮被認為是導致“S”線產生的直接原因(Scripta?Mater.vol.50，No.3(2004)p.365-369)。研究表明焊頭底部的“S”線導致了接頭疲勞性能的明顯降低(Scripta?Mater.vol.54，No.8(2006)p.1515-1520)。

在熱處理強化鋁合金的攪拌摩擦焊接過程中，熱影響區由于沉淀強化相的明顯粗化并部分溶解其硬度和強度明顯降低，焊后T6處理是恢復焊頭性能的有效方法之一。然而最近的研究表明，在焊接狀態下“S”線有時并不出現，對性能也沒有明顯的影響，但在T6處理后，在焊頭根部出現鋸齒形微裂紋，從而對焊頭的性能產生不利的影響(ScriptaMater.vol.56，No.1(2007)p.69-72.)。這表明，即使對于完全貫穿焊透的鋁合金板，在焊頭的根部也常常會出現缺陷或存在潛在的缺陷。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種增強鋁合金焊頭力學性能的攪拌摩擦焊接工藝，可用于各種高強度鋁合金工件、特別是需要進行焊后T6處理強化的工件的連接。

本發明提供了一種增強鋁合金焊頭力學性能的攪拌摩擦焊接工藝，其特征在于：該焊接工藝由一道次正常的全貫穿攪拌摩擦焊接和背部二次淺層補焊組成，二次淺層補焊消除焊頭根部已出現的或潛在的裂紋源，提高焊頭的力學性能。

本發明增強鋁合金焊頭力學性能的攪拌摩擦焊接工藝中，第一道次焊接采用通常的焊接工藝和與板厚相適應的攪拌針長度進行全貫穿攪拌摩擦焊接，然后把焊接板翻轉，采用小尺寸焊接工具在背部進行二次淺層補焊，補焊的深度為1-4mm。

本發明提出了一個新的攪拌摩擦焊接工藝，通過采用小尺寸焊接工具在已焊接板背部進行第二次焊接，消除焊頭根部已出現或潛在的缺陷，可明顯提高焊頭的力學性能。本發明工藝簡單，只需在焊接后的板子背部進行淺層二次補焊，就可以達到消除焊頭根部裂紋源、提高焊頭性能的目的。因此，有理由相信這種新的焊接工藝方案在連接高強度鋁合金方面將有著廣闊的工業應用前景。

具體實施方式：

實施例1

使用8mm厚7075-T651軋制板材，在工具轉速600轉/分鐘、焊接速度100毫米/分鐘的焊接參數下進行一道次全貫穿焊接后，采用軸肩直徑12mm、攪拌針長度3.2mm的焊接工具在焊板的背面進行二次淺層補焊，焊接參數為工具轉速400轉/分鐘、焊接速度75毫米/分鐘。焊頭的橫向拉伸強度為462MPa，屈服強度為331MPa，延伸率為7.4％。

比較例1

使用8mm厚7075-T651軋制板材，在工具轉速600轉/分鐘、焊接速度100毫米/分鐘的焊接參數下進行一道次全貫穿焊接。焊頭的橫向拉伸強度為410MPa，屈服強度為274MPa，延伸率為6.9％。

實施例2

使用8mm厚7075-T651軋制板材，在工具轉速600轉/分鐘、焊接速度100毫米/分鐘的焊接參數下進行一道次全貫穿焊接后，采用軸肩直徑12mm、攪拌針長度3.2mm的焊接工具在焊板的背面二次淺層補焊，焊接參數為工具轉速400轉/分鐘、焊接速度75毫米/分鐘，焊接樣品進行標準的T6熱處理。焊頭的橫向拉伸強度為515MPa，屈服強度為501MPa，延伸率為3.4％。

比較例2

使用8mm厚7075-T651軋制板材，在工具轉速600轉/分鐘、焊接速度100毫米/分鐘的焊接參數下進行一道次全貫穿焊接，焊接樣品進行標準的T6熱處理。焊頭的橫向拉伸強度為362MPa，延伸率只有1.3％。

實施例3

使用6mm厚6061-T651軋制板材，在工具轉速1400轉/分鐘、焊接速度400毫米/分鐘的焊接參數下進行一道次全貫穿焊接后，采用軸肩直徑10mm、攪拌針長度2.4mm的焊接工具在焊板的背面二次淺層補焊，焊接參數為工具轉速600轉/分鐘、焊接速度100毫米/分鐘，焊接樣品進行標準的T6熱處理。焊頭的橫向拉伸強度為335MPa，延伸率為3.0％。

比較例3