[發明專利]一種異種金屬板之間的攪拌摩擦焊接方法

有效

• 申請號: 201610396288.8
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105965150B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 高福洋;郁炎;蔣鵬
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K20/22;B23K33/00;B23K103/18;B23K101/18
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 周會芝

技術領域

本發明涉及異種金屬板材的連接技術領域，尤其是涉及一種異種金屬板之間的攪拌摩擦焊接方法。

背景技術

在工業生產中，由于不同的金屬具有不同的優點，因此將不同的金屬連接在一起得到的異種金屬連接件通常會具有更大的實用價值。比如，在當今工業中目前應用最廣的有色金屬鋁及鋁合金，其質量輕、比強度大、耐腐蝕，導熱導電性能好；另一種工程中最常用的結構材料鋼，強度比較高；還有一種在海洋船舶領域得到了大量應用的鈦及鈦合金，不僅比強度高，而且耐蝕性好，因此，將上述三種金屬任意兩種之間進行連接得到的異種金屬連接件都將會具有很大的實用價值，其更適用于汽車、高速列車、航空航天、核動力和潛艇等迫切需要輕量化技術的領域。

現有技術中，異種金屬之間通常采用爆炸焊、激光焊、熔釬焊或者采用固相連接的摩擦焊這些焊接方法進行連接。這些焊接方法由于受到各種因素的影響，難以保證焊接的質量，從而限制了其在異種金屬焊接中的大規模應用。

攪拌摩擦焊是一種新型的固相連接方法，具有高效、環保、熱變形和殘余應力小等綜合優點。攪拌摩擦焊是通過高速旋轉的攪拌頭插入待焊接的兩個工件，并沿焊接方向運動，利用攪拌頭探針和軸肩與工件之間的摩擦熱使工件焊接區域的金屬發生軟化，軟化后的金屬發生塑性流動，使得兩個工件焊接區域的金屬攪拌混合，依靠攪拌、重結晶作用，使之融為一體實現材料連接的固相焊接方法。

現有技術中采用攪拌摩擦焊接方法來進行兩種不同金屬板的焊接時，是采用直板式的對接結構或者單側搭接結構，前者不僅容易發生兩種金屬板側分現象，同時由于金屬間化合物的產生，結合強度降低，不能滿足實際使用的強度要求；后者由于結合面較少降低了連接強度，同時后者的單側搭接結構也使得得到的異種金屬連接件受力情況受到限制，總之，現有的焊接方法無法滿足異種金屬材料尤其是異種金屬板材之間焊接質量要求的需要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種異種金屬板之間的攪拌摩擦焊接方法，可以實現兩種不同材料金屬板之間的高質量可靠連接。

本發明為了解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種異種金屬板之間的攪拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）、確定待焊接的兩種金屬板的相對厚度：

如果兩種金屬板的熔點相差在600℃以下，則待焊接的兩種金屬板的厚度相同；否則，低熔點的金屬板的厚度要大于高熔點的金屬板的厚度；

2）、在待焊接的兩種金屬板的焊接端加工出接頭結構：

在低熔點金屬板的焊接端加工一個矩形凹槽，矩形凹槽的開口方向與其所在的低熔點金屬板的板面相平行，且矩形凹槽的中心對稱平面與其所在的低熔點金屬板的中心對稱平面相重合；在高熔點金屬板的焊接端加工一個矩形凸臺，矩形凸臺的高度與厚度分別與矩形凹槽的深度和寬度相匹配，且矩形凸臺的中心對稱平面與其所在的高熔點金屬板的中心對稱平面相重合；

3）、根據兩種金屬板會產生的金屬間化合物的塑韌性確定是否需要添加能夠避免或減少金屬間化合物產生的過渡層，所述過渡層為異于兩種待焊金屬板并與兩種待焊金屬板不生成金屬間化合物的金屬材料，該過渡層設置在矩形凸臺與矩形凹槽的接觸面之間；

金屬間化合物的塑韌性用延伸率來表現，如果兩種金屬板之間的金屬間化合物的延伸率不大于2%，則在所述的矩形凸臺與矩形凹槽的接觸面之間設置過渡層；否則，直接進入下一個步驟；

4）、將待焊接的兩種金屬板置于攪拌摩擦焊機的工作臺面上，將矩形凹槽與矩形凸臺相配合安裝后，用夾具固定；

5）、設定焊接工藝參數，所述的焊接工藝參數包括攪拌頭旋轉速度、焊接速度和壓入量；

6）、使攪拌摩擦焊機的攪拌頭在步驟5）設定的焊接工藝參數下壓入矩形凹槽與矩形凸臺配合形成的待焊接區域完成對兩種金屬板的焊接。

進一步地，所述步驟1）中，兩種金屬板的熔點相差在600℃以上時，低熔點的金屬板的厚度大于高熔點的金屬板的厚度0.5-1 mm。

進一步地，所述步驟3）中，過渡層的厚度為20-50μm。

進一步地，所述步驟3）中，過渡層通過涂覆或者電鍍的方式設置在矩形凹槽的內表面或/和矩形凸臺的外表面，或者過渡層以箔片或粉末的形式設置在矩形凸臺與矩形凹槽的接觸面之間。

進一步地，所述步驟5）中，攪拌頭旋轉速度為300-1500r/min，焊接速度為30-800mm/min，焊接時壓入量為0.5-2mm。