[發(fā)明專利]搭接式免釬料攪拌摩擦直接固相壓接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410191079.0
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103990904A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張貴鋒;郝海;張林杰;張建勛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及攪拌摩擦直接壓接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種搭接式免釬料攪拌摩擦直接固相壓接方法。?

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊(FSW:friction?stir?welding)所用的工具對待焊工件而言，不僅是熱源，也是力源。特別在搭接接頭的焊接中，工具作為力源對實(shí)現(xiàn)界面去膜、緊密接觸作用的重要性更加凸顯，其潛力有待深入挖掘。在搭接接頭的攪拌摩擦焊接過程中，工具對工件的力學(xué)作用主要有鍛壓作用與扭轉(zhuǎn)作用。鍛壓作用的影響因素主要有工具傾角與焊速。關(guān)于扭轉(zhuǎn)作用影響因素的影響效果的研究相對較少，這些因素應(yīng)有轉(zhuǎn)速、距離工具軸心的距離(工具直徑)、工件約束等。由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是借助鍛壓效應(yīng)提供所需的軸向壓力，所以扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)是以鍛壓效應(yīng)為前提的，但從機(jī)械破膜的角度看，扭轉(zhuǎn)作用的效果(旋壓)應(yīng)優(yōu)于鍛壓效應(yīng)的效果(靜壓)。從上述分析可知，欲強(qiáng)化機(jī)械破膜效果，應(yīng)著眼于強(qiáng)化扭轉(zhuǎn)作用的效果。當(dāng)工具傾角、焊速一定時(shí)，軸向鍛壓分力基本確定，為此，須采取其他思路強(qiáng)化界面扭轉(zhuǎn)作用的效果。?

攪拌摩擦焊作為一種短時(shí)加熱的固相焊接方法能有效抑制異種金屬熔焊時(shí)出現(xiàn)的過量脆性金屬間化合物，在鋁與異種金屬的焊接方面有很大的應(yīng)用潛力。但鋁/鋼搭接攪拌摩擦焊比鋁/鋼對接攪拌摩擦?焊更困難，主要表現(xiàn)在：界面氧化膜分散與豎向混合不良；針的磨損與斷裂；兩種母材屈服強(qiáng)度、軟化溫度與流動(dòng)應(yīng)力不同導(dǎo)致的界面微孔；單道焊接面積受制于針的直徑(一般約5mm左右)而很小。為此，作為鋁與異種堅(jiān)硬金屬搭接攪拌摩擦焊的改進(jìn)技術(shù)，申請人前期研發(fā)了鋁/鋼攪拌摩擦釬焊(FSB：Friction?sitr?brazing或FSS：Friction?stir?soldering)新技術(shù)(參考文獻(xiàn)1以及2)，它采用無針工具消除了堅(jiān)硬母材對工具的惡性磨損；同時(shí)綜合利用釬料的冶金作用(膜下溶解與潛流)、工具的力學(xué)作用(鍛壓效應(yīng)與界面扭轉(zhuǎn)效應(yīng))實(shí)現(xiàn)去膜、擠出釬料，可靠地獲得了厚度適中的擴(kuò)散層，從而降低了在實(shí)現(xiàn)界面混合方面對攪拌及塑性變形的苛求，即使在無針情況下也能獲得可靠的界面連接。攪拌摩擦釬焊工藝既可用于鋁板與堅(jiān)硬異種材料的大面積焊接，也可用于制備雙金屬復(fù)合板。在鋁/鋼、鋁/不銹鋼、鋁/銅等不同組合的攪拌摩擦釬焊工藝中，雖工藝要點(diǎn)各有不同，但都能獲得斷裂于鋁板母材內(nèi)而非焊接界面的良好搭接接頭。對于攪拌摩擦釬焊工藝，需要進(jìn)一步強(qiáng)化工具的力學(xué)作用從而為取消釬料、簡化工藝、節(jié)約成本創(chuàng)造條件。?

參考文獻(xiàn)：?

[1]Guifeng?Zhang,Wei?Su,Jianxun?Zhang?and?Zhongxin?Wei:Friction?stir?brazing:a?novel?process?for?fabricating?Al/Steel?layered?composite?and?for?dissimilar?joining?of?Al?to?Steel.Metallurgical?and?Materials?Transactions?A,2011,42(9):2850-2861?

[2]張貴鋒，蘇偉，張建勛.一種攪拌摩擦釬焊制備雙金屬復(fù)合?板的方法.ZL200910021918.3?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種搭接式免釬料攪拌摩擦直接固相壓接方法，該方法取消了攪拌摩擦釬焊(FSB)工藝中所用的釬料，可以簡化攪拌摩擦釬焊的工藝，提高生產(chǎn)率，降低成本。?

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下具體技術(shù)方案：?

1)將板材A及板材B的待焊面打磨后以搭接接頭形式進(jìn)行裝配，裝配時(shí)根據(jù)板材A以及板材B的屈服強(qiáng)度差異，將板材A以及板材B中屈服強(qiáng)度較低的板材作為上板，將板材A以及板材B中屈服強(qiáng)度較高的板材作為下板，且所述上板的待焊側(cè)邊緣不被固定，以消除夾具對其邊緣展寬變形的拘束，使其邊緣處壓潰變形、展寬變形與焊合面積最大化；?

2)按上述原則裝配、固定后，按照焊接位置布置在所述上板邊緣處的原則，使傾斜安裝的攪拌工具旋轉(zhuǎn)、下壓，至攪拌工具肩端面與所述上板表面接觸后，使旋轉(zhuǎn)中的攪拌工具沿所述上板的邊緣旋轉(zhuǎn)摩擦并移動(dòng)，從而直接實(shí)現(xiàn)板材A與板材B的免釬料固相連接。?

所述攪拌工具的肩邊緣超出所述上板的邊緣。?

所述攪拌工具為無針攪拌工具。?

當(dāng)所述上板的厚度大于等于5mm時(shí)，采用帶針攪拌工具，且控制帶針攪拌工具壓入深度，使針頂端接近焊接界面但不壓入所述下板。?