[發明專利]一種鋁/鎂合金的攪拌摩擦焊方法

在審

• 申請號: 201510651661.5
• 申請日: 2015-10-10
• 公開（公告）號: CN105234552A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 戚文軍;宋東福;羅暢;周楠;黎小輝;王海艷
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/233
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明屬于攪拌摩擦焊技術領域，是一種改善鋁/鎂合金異質接頭組織性能的攪拌摩擦焊方法。

背景技術

鋁/鎂合金異質接頭焊接是一大難點與熱點，目前國內外學者在這方面做的研究工作主要集中于傳統熔焊與攪拌摩擦焊兩個方面。由于鋁、鎂合金特殊的物化性能，采用熔焊方法進行焊接得到的接頭成型與性能差，通常接頭強度只能達到母材強度的30%左右，幾乎沒有工程應用價值。而攪拌摩擦焊過程中母材不熔化，形成塑化連接，因此應用于鋁、鎂等輕金屬的焊接。然而，鋁/鎂合金異質接頭焊接時在437℃產生二元共晶反應，形成硬脆的第二相Mg₁₇Al₁₂，此產物不僅對于焊縫質量有影響，更主要的是對攪拌頭有粘附作用，使得焊接過程難以進行。

為了改善鋁/鎂合金異質接頭攪拌摩擦焊過程與接頭質量，研究人員在幾個方面做了研究：①鋁、鎂合金的熱塑化溫度不同，而攪拌摩擦焊被焊母材有前進側與后退側的區分，因此，鋁、鎂合金是位于前進側還是位于后退側會對焊接結果有影響；②考慮到金屬間化合物的產生，研究人員在攪拌頭偏移的問題上也進行了研究。偏移的主要目的是控制金屬攪入量，以期減少金屬間化合物的形成數量。但是，上述研究都無法從根本上解決鋁/鎂合金異質接頭攪拌摩擦焊的焊縫成形差，攪拌頭粘著以及接頭強度低的共性問題。

CN101722358A公開了一種以鋁/鎂的異種金屬的攪拌摩擦焊方法。該法主要通過在焊接界面處或與攪拌工具最為接近的工件表面上涂覆一層合適的中間層材料（銅、錫、鋅等中的一種或幾種），在攪拌摩擦焊時與攪拌區相鄰鋁、鎂發生反應，得到更為復雜的混合物并形成較強的焊接結合，但該方法并沒有提供加入中間層材料的數量，接頭組織發生的變化和鋁/鎂異種材料攪拌摩擦焊接頭的性能結果。

CN103934584A公布了一種通過在鋼板和鋁板的搭接部位加入純鋅或者鋁鋅薄片，在攪拌摩擦過程中形成鋁/鋼接頭的中間過渡層，抑制鋁鋼之間形成脆性金屬間化合物，獲得焊縫成形美觀、力學性能良好的鋁/鋼異種材料搭接接頭。該方法僅針對鋁/鋼異種金屬的搭接。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提出一種改善鋁/鎂異質接頭組織性能的攪拌摩擦焊方法，該方法可以使鋁/鎂異質金屬的攪拌摩擦焊焊縫成形美觀，組織成分得到控制，性能更加優異，使鋁/鎂異質金屬攪拌摩擦焊接頭能夠達到工程應用要求。

本發明的技術方案是這樣實現的：在≥6mm的中厚鋁板和鎂板中間加入厚度為焊接厚度的0.5~5%的鋅片，用涂鍍有氮化鈦薄膜的攪拌頭，在攪拌頭轉速600~1200rpm，焊接速度10~100mm/min，攪拌頭向鋁板側偏移量為焊接厚度2~15%，下壓量0.05mm，攪拌焊接。

本發明所述的涂鍍有氮化鈦薄膜的攪拌頭的制備方法為：使用磁控濺射設備，鍍膜溫度400~500℃，N₂氣壓力0.3~0.6Pa，鍍膜時間120~180min，攪拌頭表面生成氮化鈦薄膜，膜層厚度為2~3μm。

本發明所述的鋁/鎂合金的攪拌摩擦焊方法的其特點是：①在兩種異質合金待焊面插入鋅片，其厚度由焊縫厚度確定，為焊縫厚度的0.5~5%，通常在1mm以下。按照Al-Mg合金二元相圖可知，鋁/鎂合金異質材料焊接時，在437℃產生二元共晶反應，生成硬脆的第二相Mg₁₇Al₁₂，鋁在鎂中的溶解度為12.6%，超過此溶解度將會直接形成共晶組織，對攪拌頭產生粘著。鋅加入Mg/Al合金中。可以使共晶變成分離型，同時，調整攪拌區鎂的濃度，減少低熔點共晶的數量，改善攪拌頭的粘著狀態，有助于攪拌頭的正常工作。②攪拌頭表面鍍有一層氮化物薄

膜，該膜層硬度高而且摩擦系數小，可以減少熔融的共晶體粘著攪拌頭。同時，由于摩擦系數減小，造成單位時間輸入焊縫的能量降低，在適當的溫度條件下就有可能控制二元共晶組織形成的數量。鋁合金塑性變形能力較鎂合金強，攪拌頭向鋁板側偏移，可增加焊縫區鋁合金的含量，提高焊縫的流動性。由此獲得成形美觀的焊縫。

本發明相比現有的攪拌摩擦焊方法具有的優點是：異質金屬焊接時熱輸入量易于控制，焊接過程攪拌頭不會粘著，接頭焊縫組織得到控制，焊縫表面成型良好，該方法適合于鋁/鎂異質接頭的工程化應用。

附圖說明

圖1是實施例1焊接的焊縫金相圖。

具體實施方式

實施例1