[發明專利]一種加熱攪拌摩擦焊接方法

無效

• 申請號: 201010188310.2
• 申請日: 2010-06-01
• 公開（公告）號: CN101829845A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 沈駿;閔東
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種加熱攪拌摩擦焊接方法，包括以下過程，其特征在于：在焊接之前，先將被焊工件表面打磨并固定在夾持裝置上，然后把夾持裝置固定在可控溫加熱設備上。再根據不同的材料調節加熱設備至合適的溫度并進行加熱直至溫度穩定。在攪拌摩擦焊接過程中，加熱設備的加熱溫度保持不變至焊接過程結束。

背景技術

采用傳統的熔化焊(例如，激光焊、氬弧焊、電子束焊和氣體保護焊等)對材料進行焊接時，由于在焊接過程中材料需經過熔化和凝固過程，不可避免的焊接缺陷經常出現在焊件中，嚴重降低了焊件的力學性能。因此，迫切需要一種新的焊接工藝來突破這個瓶頸。1991年，著名的英國焊接研究所(TWI)發明了一種新型的固相攪拌摩擦焊接技術。它的工作原理非常簡單-即將高速旋轉的帶有攪拌針的攪拌頭插入工件中，利用攪拌頭與工件摩擦產生的熱量使被焊材料局部軟化，被焊材料在攪拌頭的攪拌作用下發生塑性流動結合在一起形成不可拆分的原子間的連接的焊接方式。攪拌摩擦焊可以分為線攪拌摩擦焊和點攪拌摩擦焊兩種。線攪拌摩擦是在旋轉的攪拌頭插入后，通過攪拌頭的線性移動實現對工件的焊接而點攪拌摩擦焊則在焊接時保持攪拌頭位置不變并通過其旋轉和下壓而實現材料的焊接。同傳統的熔化焊相比，攪拌摩擦焊具有以下優異的性能：一、在冶金方面：攪拌摩擦焊件變形較小、尺寸穩定性和可靠性良好、接頭晶粒細小、無焊縫金屬元素的燒損且焊縫中裂紋較少。二、在環境保護方面：攪拌摩擦焊在焊前，焊接接口部位只需去油處理，無需打磨或洗刷；在焊接過程中，不需焊絲和保護氣氛，也沒有電弧、磁沖擊、閃光、輻射、煙霧和異味的出現，不影響其它電器設備使用，綠色環保。三、在能源消耗方面：攪拌摩擦焊能夠非常容易的實現輕合金的焊接，因此，有利于輕合金在汽車和航空航天領域的廣泛應用，從而降低這些運載工具的重量而減少燃油的消耗。另外，攪拌摩擦焊接能耗較少，單面焊12.5mm深度所需動力為3kW，僅為激光焊的2.5％。然而，該工藝也有困難—即如何提高被焊工件的塑性變形能力。在焊接過程中，由于攪拌頭和工件之間所產生的摩擦熱有限，材料塑性變形和流動不足，從而使焊縫中出現氣孔和未熔合等缺陷。雖然提高攪拌頭旋轉速度可以提高焊接熱輸入，但隨著時間的增長，焊接接頭表面與工件之間的摩擦減小，會導致對焊接接頭的熱輸入亦隨之減小。另外，降低攪拌頭移動速度亦可以顯著提高焊接熱輸入，但低的移動速度又會導致焊后工件中存在較大的殘余應力，嚴重降低焊接接頭的力學性能。因此，擁有較大優勢的攪拌摩擦焊迫切需要一種工藝來改善其焊接接頭性能。

發明內容

本發明目的是提供一種加熱攪拌摩擦焊接技術，該技術可以顯著提高焊接接頭拉伸性能和改善高熔點和低塑性材料的攪拌摩擦焊接性能。

本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種加熱攪拌摩擦焊接工藝，其特征在于，在攪拌摩擦焊接過程中，采用加熱設備對工件進行持續加熱直至完成焊接。

上述的加熱攪拌摩擦焊接方法，其特征在于包括以下過程：

一種攪拌摩擦焊接方法，其特征在于包括以下過程：在焊接之前，先將被焊工件表面打磨并固定在夾持裝置上，然后把夾持裝置固定在可控溫加熱設備上。再根據不同的材料調節加熱設備至合適的溫度并進行加熱直至溫度穩定。在攪拌摩擦焊接過程中，加熱設備的加熱溫度保持不變至焊接過程結束。

本發明優點是通過在攪拌摩擦焊接過程中持續加熱，提高了被焊材料的流動性及塑性變形能力。拉伸測試結果表明，采用此種焊接工藝進行鎂合金點焊時，焊接接頭的連接區寬度明顯增加，而且焊接接頭中由塑性變形能力低所引起的孔洞迅速減少。因此，焊接接頭的拉伸性能顯著提高。

附圖說明

圖1是未加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭橫斷面的顯微金相照片，可以看到，連接區域較窄，其寬度約為180μm。

圖2是未加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭界面裂紋終端放大圖，可以看到，有較多的氣孔存在于其周圍。

圖3是未加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭部分反應區顯微金相照片，可以看到，部分反應界面較寬，且有較多的氣孔存在。

圖4是未加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭完全反應區顯微金相照片，可以看到，雖然界面完全反應，但是粗晶區和細晶區的界面十分明顯。

圖5是加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭橫斷面的顯微金相照片，可以看到，連接區域寬度明顯增加，約為500μm。

圖6是加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭部分反應區顯微金相照片，可以看到，其周圍氣孔顯著減少。

圖7是加熱攪拌摩擦點焊焊接接頭部分反應區放大圖，可以看到，部分反應區界面寬度明顯減小。