[發明專利]金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌摩擦焊接方法

有效

• 申請號: 201510076207.1
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104607796A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 周琦;陶娟;王克鴻;朱軍;彭勇;楊立;夏浩;周紅云;孫宏宇;蔡雅君
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;泰州南京理工大學研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于焊接技術，具體涉及一種金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌摩擦焊接方法。

背景技術

異種金屬復合板作為一種在物理性能、力學性能以及連接性能等方面具有較大靈活性的材料，其應用領域十分寬廣，但是在應用異種金屬復合板成型時，其焊接方法會受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接復合板時，熱輸入的不均會導致一定的變形，同時會使得復合板結合面形成較大的金屬間化合物過渡層，從而影響異種金屬復合板的使用性能。

攪拌摩擦焊接方法是一種固態塑化連接技術，自問世以來，攪拌摩擦焊在低熔點金屬，尤其是鋁合金的焊接領域獲得廣泛的應用。與其他焊接方法相比，攪拌摩擦焊接技術有下列特點：不產生熔化焊接缺陷、焊接變形小、操作簡單、適用于多種材料和接頭形式。攪拌摩擦焊具有許多熔化焊接方法無可比擬的優勢，特別是它在焊接過程中焊縫金屬不熔化即可形成焊縫，其特定的金屬塑化溫度小于一般金屬的熔點，甚至小于一般的金屬間化合物形成溫度，能夠很好的控制焊縫熱影響區以及金屬間化合物的形成。現在，很少采用攪拌摩擦焊加工異種金屬復合板。

中國專利（103600167A）公開了一種碳素鋼與不銹鋼復合板的焊接方法。該焊接方法即為利用攪拌摩擦焊對復合板進行焊接，但是為了控制過渡層，在焊前需要對接頭進行處理，需要將兩復合板對接邊的端面上加工出等腰三角形的坡口，對齊后對坡口內進行填絲，然后進行攪拌摩擦焊。該發明的目的在于控制復合板過渡區的混合問題，但是在實際焊接過程中，由于攪拌針的力的作用，很難保證坡口內的預填焊絲不發生相對移動，所以其可控性較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌摩擦焊接方法，通過控制復合板基板與復板的塑化金屬流動行為，實現結合面的層流流動狀態，減少焊接接頭中復合板基板與復板之間的不同金屬原子間相互擴散形成脆性相，實現復合板直接攪拌摩擦焊接成型，有效的解決了復合板上下結合面異種材料大量混合脆化甚至開裂等難題，解決復合板焊接過渡區金屬的混合問題，使得復合板焊接接頭滿足長期使用要求。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌摩擦焊接方法，方法步驟如下：

步驟1、清理金屬復合板表面，并將其固定在工作臺上；

步驟2、調節金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌頭的位置，使金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌頭的攪拌針與上述金屬復合板的焊縫對齊；

步驟3、設置焊接參數，進行焊接；

步驟4、焊接完成后，抬起金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌頭，將焊接后的金屬復合板移走。

上述金屬復合板對接結合面過渡層可控的攪拌頭為單軸肩攪拌頭或雙軸肩攪拌頭。

上述單軸肩攪拌頭，包括

被配置用于固定在攪拌摩擦焊機主軸的夾持端；

與夾持端底部固連的軸肩；

與軸肩底部固連的攪拌針；

其中，所述攪拌針上設有至少一個環形凸起。

上述攪拌針上設有至少兩個環形凸起，所述兩個環形凸起間隔設置。

上述環形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過渡。

上述軸肩與距離軸肩最近的環形凸起之間的攪拌針，其形狀自軸肩向環形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型；上述環形凸起位于金屬復合板結合面處。

上述雙軸肩攪拌頭包括

被配置用于固定在攪拌摩擦焊機主軸的夾持端；

與夾持端底部固連的上軸肩；

與上軸肩底部固連的攪拌針；

與攪拌針底部固連的下軸肩；

其中，所述攪拌針上設有至少一個環形凸起。

上述攪拌針上設有至少兩個環形凸起，所述兩個環形凸起間隔設置。

上述環形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過渡。

上述上軸肩與距離上軸肩最近的環形凸起之間的攪拌針，其形狀自上軸肩向環形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型；上述下軸肩與距離下軸肩最近的環形凸起之間的攪拌針，其形狀自下軸肩向環形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型；上述環形凸起位于金屬復合板結合面處。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：（1）能夠控制焊接過程中塑性金屬的流動行為，控制焊接接頭中的異種金屬混合比；（2）屬于固相焊接技術，未到達被焊金屬熔點的焊接溫度可以控制焊接接頭中脆性相的生成；（3）特殊的傳熱模式，可以有效的控制溫度梯度大的異種金屬雙層金屬復合板的焊接；（4）本發明可行性強、易操作。

附圖說明