[發(fā)明專利]一種同步實現(xiàn)鋁和鎂異種材料攪拌摩擦點焊?釬焊?擴散焊的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610342740.2
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105834608B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳玉華;謝吉林;曹文明;劉東亞
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K20/12;B23K20/02;B23K1/00;B23K20/24
• 代理公司: 南昌洪達專利事務(wù)所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁/鎂異種材料的焊接，具體涉及一種同步實現(xiàn)鋁和鎂異種材料攪拌摩擦點焊-釬焊-擴散焊的方法。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)外常用的鋁/鎂異種材料點焊的焊接方法主要有電阻點焊、激光焊、攪拌摩擦點焊等。由于，鋁/鎂都是較為活潑的金屬，采用電阻點焊或者激光焊等熔焊方法焊接時，接頭中容易產(chǎn)生氣孔、夾雜以及裂紋等缺陷；同時，兩種材料焊接時極易形成脆性金屬間化合物Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇，金屬間化合物大量生成會使得焊縫脆化，難以獲得剪切性能理想的點焊接頭。

攪拌摩擦點焊是由攪拌摩擦焊發(fā)展而來的點焊方法，在焊接過程中由于被焊材料不被熔化，焊縫熱輸入較低，焊縫中金屬間化合物的量較少，對于鋁/鎂異種材料的焊接具有一定的優(yōu)勢。但是，采用攪拌摩擦點焊焊接鋁/鎂異種材料時，攪拌針退出后會在焊點表面留下匙孔，匙孔的存在減小了點焊接頭的有效承載面積，導(dǎo)致焊點的承載能力較低。

針對鋁/鎂異種材料攪拌摩擦點焊接頭力學(xué)性能較低的問題，有學(xué)者提出了各種解決方法。

德國GKSS研究中心1999年發(fā)明了無匙孔攪拌摩擦點焊技術(shù)，該技術(shù)采用特殊設(shè)計的攪拌頭，通過精確控制攪拌頭各部分的相對運動，在攪拌針回撤時，通過軸肩的向下擠壓將焊點金屬回填到匙孔中，從而達到消除匙孔，提高接頭承載力的目的。無匙孔攪拌摩擦點焊方法對焊接設(shè)備的要求較高，需要采用專門設(shè)計的專機設(shè)備，焊接成本較高。

專利CN101837513A采用補焊方式來消除攪拌摩擦點焊接頭表面的匙孔，從而增大點焊接頭的承載面積，提高接頭承載能力。回填式攪拌摩擦點焊需要在焊后采用消耗式攪拌針對匙孔進行補焊，增加了焊后處理工序。

有學(xué)者提出了攪拌摩擦膠接點焊方法，通過在焊前或者焊后對焊點進行化學(xué)膠接，從而增大接頭的承載面積，提高承載能力。該方法能夠增加接頭的承載面積，在一定程度上提高接頭的承載力。但是，化學(xué)膠與金屬基材之間并沒有發(fā)生冶金反應(yīng)，相互之間的結(jié)合是通過物理吸附的方式進行的，因此，強度較低，難以滿足需求。

基于以上分析，本發(fā)明提供一種同步實現(xiàn)鋁/鎂異種材料攪拌摩擦點焊-釬焊-擴散焊的方法。該方法能夠增大鋁/鎂異種材料點焊接頭的有效承載面積，顯著提高接頭的承載能力。并且，該方法與傳統(tǒng)攪拌摩擦點焊操作過程相同，在攪拌摩擦點焊的過程中同時實現(xiàn)釬焊和擴散焊，沒有后續(xù)工序，操作簡便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種同步實現(xiàn)鋁和鎂異種材料攪拌摩擦點焊-釬焊-擴散焊的方法，其特征步驟如下：

步驟1、將鋁板和鎂板的接觸表面及周圍清理干凈，去除試件表面的氧化膜；并采用酒精或丙酮擦拭鋁板與鎂板的表面，去除油污與雜物；

步驟2、將鋁板和鎂板搭接固定在一起，在兩板之間添加一厚度范圍為0.1mm-0.5mm的釬料片，薄片兩側(cè)分別于鋁板和鎂板接觸；

步驟3、對固定的搭接結(jié)構(gòu)進行攪拌摩擦點焊焊接，焊接過程中，一方面通過攪拌頭上的攪拌針與下方板材的作用，實現(xiàn)鋁板和鎂板的攪拌摩擦點焊；另一方面，在攪拌頭軸肩摩擦產(chǎn)熱和鍛壓力的作用下，貼近攪拌針周圍區(qū)域溫度較高、釬料片融化，鋁板和鎂板之間形成釬焊連接；而離攪拌針稍遠的區(qū)域，在攪拌摩擦的熱力作用下，鋁板/釬料片、鎂板/釬料片之間發(fā)生原子擴散，形成擴散焊接。

所述上層金屬板為鋁合金板或者鎂合金板，厚度為1-10mm。

所述下層金屬為鎂合金板或者鋁合金板，厚度為1-10 mm。

所述攪拌頭的攪拌針長度大于上層金屬板厚度。

本發(fā)明的工作原理是：在旋轉(zhuǎn)的攪拌頭的軸肩與上板摩擦產(chǎn)熱，和鍛壓力作用下，使接觸界面發(fā)生釬焊和原子擴散連接。焊后的點焊接頭包括三部分：第一部分是攪拌針作用區(qū)域形成的攪拌摩擦點焊區(qū)域；第二部分是軸肩壓力作用下離攪拌針較近的區(qū)域，釬料片熔化，鋁/鎂之間形成釬焊連接；第三部分是軸肩壓力作用下離攪拌針稍遠的區(qū)域，釬料片作為中間層金屬其主要組分在固態(tài)下向鋁板、鎂板擴散，形成擴散焊連接。

本發(fā)明的效果是：與傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于，在攪拌摩擦點焊的過程中同時實現(xiàn)了釬焊和擴散焊，顯著增大了點焊接頭的有效承載面積，提高了點焊接頭的抗拉剪力，免去了復(fù)雜的機械設(shè)備和后續(xù)補焊程序。與傳統(tǒng)的擴散焊相比，采用的摩擦熱源是綠色、清潔熱源，焊前不需要嚴格的界面清理準備，焊接耗時、耗能較少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中攪拌頭的尺寸圖。

圖2為本發(fā)明焊接過程示意圖。