[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于軟螺柱-硬基板的摩擦焊方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610070129.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105522274A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周琦;劉玲丹;姚峰;彭勇;王克鴻;周傳昆;陶娟;黃俊;郭鴻鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K33/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摩擦焊方法，特別是一種應(yīng)用于軟螺柱-硬基板之間的復(fù)合熱源摩擦 焊方法，屬于焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生產(chǎn)生活許多方面需要進(jìn)行螺柱-板材的連接。常用的焊接方法有電弧螺柱焊、釬焊、 摩擦焊等。

有相關(guān)研究通過電弧螺柱焊來實(shí)現(xiàn)螺柱-板材的連接，焊接過程中先在板材上產(chǎn)生毛 刺引燃電弧，在螺柱與板材之間產(chǎn)生熔池后施加一定壓力，熔池冷卻凝固，形成連接。 但是這種方法在焊接過程中極易產(chǎn)生金屬間夾雜物，未融合等缺陷大大降低接頭強(qiáng)度。 另有相關(guān)研究采用釬焊實(shí)現(xiàn)鋼-鋁異種材料的焊接，這種方法效率低，且鋁合金、釬料、 鋼之間多以金屬間化合物的形式結(jié)合接頭塑性低。

摩擦螺柱焊是一種新型的焊接方法，高效，高精度，使用范圍廣，但是難以焊接物 理性能(如熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等)差異較大的金屬。在焊接過程中極易出現(xiàn)這種現(xiàn)象：熔 點(diǎn)低或熱塑性好的金屬受擠壓發(fā)生變形，形成飛邊，但是熔點(diǎn)高的金屬基本不發(fā)生變化， 如圖1所示，即在界面處基本無元素?cái)U(kuò)散，最終導(dǎo)致接頭強(qiáng)度低。焊接異種金屬螺柱-板 材時(shí)，這種現(xiàn)象更為顯著，因?yàn)榘宀纳峥欤Σ廉a(chǎn)生的熱很快會被分散，界面更難達(dá) 到熱塑性變形溫度，也就不能得到高強(qiáng)的異種金屬螺柱-板材接頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于軟螺柱-硬基板的摩擦焊方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于軟螺柱-硬基板的摩擦焊方法，所述的軟 螺柱-硬基板中硬基板與軟螺柱之間的硬度值差HBS_硬基板-HBS_軟螺柱≥20，所述的方法包括 如下步驟：

步驟一，在硬基板的待焊端面開燕尾孔，燕尾孔的上、下端面均采用圓弧過渡，將 軟螺柱與硬基板安裝在工作臺上；

步驟二：先通保護(hù)氣，后對硬基板進(jìn)行預(yù)熱；

步驟三：設(shè)置焊接參數(shù)，轉(zhuǎn)速為1000～3000r/min，摩擦壓力為60～150MPa，摩擦?xí)r 間為1～10s，頂鍛壓力為90～250MPa，頂鍛時(shí)間為1～10s，給進(jìn)速度為0.5～2.5mm/min， 在保護(hù)氣氛圍下完成焊接。

進(jìn)一步的，步驟一中，當(dāng)軟螺柱的直徑d小于10mm時(shí)，燕尾孔上端面直徑為 1.1d～1.5d，下端面直徑為1.4d～3d；當(dāng)軟螺柱直徑為10～30mm時(shí)，燕尾孔上端面直徑 為1.1d～1.3d，下端面直徑為1.2d～2d；當(dāng)軟螺柱直徑在30mm以上時(shí)，燕尾孔上端面 直徑為1.05d～1.2d，下端面直徑為1.05d～1.4d。

進(jìn)一步的，步驟一中，當(dāng)硬基板的板材厚度δ小于5mm時(shí)，燕尾孔的孔深為 0.5～0.85δ，硬基板的板材厚度δ為5～30mm時(shí)，燕尾孔的孔深為0.3～0.7δ，硬基板的 板材厚度δ為30mm以上時(shí)，燕尾孔的孔深為0.1～0.4δ。

進(jìn)一步的，步驟一中，燕尾孔的下端面圓弧過渡處曲率半徑大于

進(jìn)一步的，步驟二中，保護(hù)氣選用氬氣或氦氣，或氬氣和二氧化碳的混合氣體。

進(jìn)一步的，步驟二中，對硬基板進(jìn)行加熱采用的熱源為加熱板、感應(yīng)熱源、電弧 或激光中的任意一種。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：(1)與傳統(tǒng)摩擦焊接頭相比，本發(fā)明一方 面增加了預(yù)熱，加熱熔點(diǎn)較高的金屬，促進(jìn)焊接界面的元素?cái)U(kuò)散，另一方面采用特殊的 接頭結(jié)構(gòu)使得接頭焊后結(jié)構(gòu)鎖死，大大提高了結(jié)合強(qiáng)度；(2)與熔化焊接頭相比，本發(fā) 明避免了如凝固裂紋、氣孔、金屬間夾雜物等缺陷，且熱影響區(qū)小，焊接效率高，焊接 接頭質(zhì)量好；(3)與釬焊接頭相比，本發(fā)明不需要釬料、釬劑，直接使較軟螺柱與較硬 板材達(dá)到原子間結(jié)合，工藝簡單，提高了焊接效率。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的摩擦焊焊接過程示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的摩擦焊焊接過程示意圖。

圖3是本發(fā)明采用實(shí)心螺柱的焊接效果圖。

圖4是本發(fā)明采用空心螺柱的焊接效果圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的焊接方法可適用于所有軟螺柱-硬基板的焊接，如鋁螺柱-鋼基板、鎂螺 柱-鋼基板、鋁螺柱-鈦基板、銅螺柱-鋼基板等。

如圖2，本發(fā)明的具體焊接方法如下步驟：

步驟一：在硬基板3待焊端面設(shè)計(jì)燕尾孔2，燕尾孔2上、下端面均采用圓弧過渡， 避免應(yīng)力集中。