[發(fā)明專利]一種鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611067610.9
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN106583734A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉杰;何廣忠;劉孝峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司
• 主分類號(hào): B22F5/00
• 分類號(hào): B22F5/00;B22F1/00;B22F3/14;C22C19/05;C22C32/00;C22C30/00;B23K20/12
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)22210
• 代理人: 田春梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于用于鋁合金攪拌摩擦焊工藝的專用攪拌頭的制作方法領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作方法。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊技術(shù)(Friction Stir Welding，F(xiàn)SW)是一種公知的焊接工藝方法，其通過攪拌頭對(duì)焊縫兩側(cè)的金屬母材表面同時(shí)進(jìn)行擠壓和高速旋轉(zhuǎn)摩擦，從而產(chǎn)生大量的摩擦熱，進(jìn)而使攪拌頭附近焊縫金屬達(dá)到熱塑性狀態(tài)，并隨攪拌頭的旋轉(zhuǎn)沿焊縫前進(jìn)側(cè)向后退側(cè)方向流動(dòng)，熱塑性金屬待攪拌頭離開后逐漸冷卻形成焊縫。

攪拌頭作為攪拌摩擦焊工藝的核心部件，若攪拌頭在高溫摩擦狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)載荷能力差，則會(huì)導(dǎo)致其在焊接過程中出現(xiàn)較快的磨損，并且造成攪拌頭對(duì)焊縫母材所施加的壓力和摩擦熱在焊接過程中出現(xiàn)預(yù)期之外的變化，最終影響焊縫的力學(xué)性能質(zhì)量。此外，在高溫摩擦狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)載荷能力差的攪拌頭，其使用壽命較短，無法滿足需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)焊接的焊縫需求。

現(xiàn)有攪拌摩擦焊接的攪拌頭種類繁多，對(duì)于鋁合金材料通常選用在480-600℃的溫度下保持硬度不降低、長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)耐磨性較好的金屬材料。如經(jīng)過熱處理的工具鋼、模具鋼、鎳基合金鋼、Co-Al-W合金以及采用兩種金屬材料的組合式攪拌頭。

然而，上述現(xiàn)有的攪拌頭均存在高溫摩擦狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的動(dòng)態(tài)承載能力差，使用壽命相對(duì)較短的問題。一般表現(xiàn)為，在實(shí)際焊接過程中，當(dāng)攪拌頭工作溫度為550℃之下時(shí)，其洛氏硬度降低達(dá)到45HRC-50HRC之間，耐磨損性能降低、攪拌針斷裂失效時(shí)沿軸肩根部發(fā)生斷裂，由焊縫焊接長(zhǎng)度進(jìn)行衡量的使用壽命通常在1000米以下。攪拌頭作為一種易損件使生產(chǎn)成本提高，并且焊縫缺陷的不可修復(fù)性將直接導(dǎo)致母材報(bào)廢，增加制造成本。因此，通過發(fā)明一種滿足鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作方法，進(jìn)而提高攪拌頭的高溫洛氏硬度力學(xué)性能，從而其可以提高鋁合金攪拌摩擦焊的質(zhì)量并延長(zhǎng)攪拌頭的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有用于攪拌摩擦焊工藝的專用攪拌頭存在的高溫洛氏硬度力學(xué)性能差，使用壽命短等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：

一種鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作方法，其包括如下步驟：

步驟一：分別制備碳化鎢粉末、鈷金屬粉末、碳化釩粉末、錳金屬粉末、鉻金屬粉末和鎳金屬粉末，所述單質(zhì)金屬粉末采用純度為99.99％，其粉末的顆粒大小均為10－50μm；所述碳化鎢粉末或碳化釩粉末的純度均為99.99％，其粉末的顆粒大小均為20－40μm；

步驟二：將步驟一所述的六種粉末成分按照下述的質(zhì)量百分含量配比范圍均勻混合：

碳化鎢合金粉末 30％-45％；

鈷金屬粉末 5％-10％；

碳化釩粉末 2％-5％；

錳金屬粉末 3％-6％；

鉻金屬粉末 8％-15％；

鎳金屬粉末 19％-52％；

步驟三：根據(jù)所需攪拌頭的尺寸和形狀制備好相應(yīng)的攪拌頭模具；

步驟四：將步驟二六種粉末混合均勻后放入步驟三所述的攪拌頭模具中，并通過冷等靜壓機(jī)進(jìn)行預(yù)成型處理，生成攪拌頭預(yù)成型坯體；

步驟五：將步驟四所述的攪拌頭預(yù)成型坯體放入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其燒結(jié)工藝包括如下子步驟：

步驟5.1：逐漸將燒結(jié)爐升溫至800度，并保溫2小時(shí)；

步驟5.2：將燒結(jié)爐升溫至1230度，并保溫2小時(shí)；

步驟5.3：使燒結(jié)爐自然冷卻至室溫，使燒結(jié)狀態(tài)下的合金自然冷卻，生成攪拌頭；

步驟六：對(duì)步驟五所生產(chǎn)的攪拌頭進(jìn)行精磨拋光處理，即可完成鋁合金攪拌摩擦焊專用攪拌頭的制作過程。

本發(fā)明的有益效果是：依照本發(fā)明的方法所制作的攪拌摩擦焊專用攪拌頭，在工作溫度為480℃-600℃之間時(shí)，其洛氏硬度能夠達(dá)到55HRC-62HRC之間，并保持硬度不變。其高溫摩擦狀態(tài)下的使用壽命能夠達(dá)到1500-2000米的焊縫焊接長(zhǎng)度，因此，應(yīng)用該方法能使其所制備攪拌頭的使用壽命大幅提高，減少因攪拌頭耐磨損性能降低而造成的攪拌針斷裂失效或沿軸肩根部發(fā)生斷裂的情況發(fā)生，并徹底杜絕母材報(bào)廢而造成的經(jīng)濟(jì)損失，從而使應(yīng)用本方式制備的新型磨頭能夠更好地適應(yīng)攪拌摩擦焊工藝對(duì)很長(zhǎng)的連續(xù)焊縫進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)焊接的作業(yè)需求。