[發明專利]一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法

在審

• 申請號: 201710568946.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107378228A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 許楠;呂柯慧;譚力仁;陸悅;宋亓寧;包曄峰
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/22;B23K20/26;B23K103/12
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所32225
• 代理人: 孫彬

技術領域

本發明涉及一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法，屬于攪拌摩擦焊接技術。

背景技術

純銅是一種非常重要的有色金屬，具有良好的導電性、導熱性、良好的常溫和低溫塑性及耐腐蝕性，在工業中被廣泛用于制造電工器件、電線電纜、熱交換器等零件。目前純銅的連接主要采用氬弧焊、壓焊和釬焊方法，但是焊接質量不是十分理想。歸納原因主要有以下幾個方面：一、導熱系數大。焊接時的熱量迅速擴散，使母材和填充金屬難于熔合；二、線膨脹系數大，產生大的焊接應力，易產生變形；三、焊縫及近縫區易產生熱裂紋和氣孔。因此，為提高純銅件的焊接質量，有必要開展新型焊接工藝的研究。攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding, FSW)是英國焊接研究所(TWI)在1991年發明的一項新型固相連接技術。與傳統的熔化焊相比，攪拌摩擦焊具有接頭晶粒細小，無氣孔，良好的疲勞性能、拉伸性能和彎曲性能，焊接過程無粉塵、無飛濺 、節能、無需焊絲、不需要保護氣體、焊接后殘余應力和變形小等優點，非常適合純銅的焊接。目前關于純銅的攪拌摩擦焊研究有很多，由于純銅的熔點較高，且優良的導熱性，為保證接頭區域充分加熱以實現冶金結合，大多數研究主要在高熱輸入的基礎上進行的，即高的旋轉速度和低的焊接速度。但是由于過高的熱量輸入相應的增大了焊后冷卻速度，導致接頭表面氧化嚴重和接頭晶粒粗大，拉伸試驗結果顯示試樣易在熱影響區或攪拌區處斷裂，接頭綜合力學性能仍有待提高。因此迫切需要一種改進的攪拌摩擦焊工藝來改善焊接熱循環以提高純銅焊接接頭的力學性能。

發明內容

目的：為了解決上述問題，本發明提供一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法，從而改善焊接熱循環和提高純銅焊接接頭的力學性能。

本發明是通過下述技術方案實現：

一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法,其特征在于，在攪拌摩擦焊接過程中，采用冷卻設備對工件進行持續冷卻直至完成焊接，具體步驟如下：

步驟1：在焊接之前，將試件表面打磨并固定在夾持裝置上，并把快速冷卻裝置的噴管置于攪拌頭正后方；在試件下面放置鋼制冷卻墊板，墊板背面設置有溝槽，用于放置K型熱電偶，熱電偶的溫度測量觸點夾在試件對接處以測量焊縫中心的溫度變化。

步驟2：設置攪拌頭的轉速和焊接速度，采用對接方式對試件進行攪拌摩擦焊，采用支架把冷卻裝置固定在焊機主軸上，在攪拌摩擦焊接過程中，冷卻裝置于攪拌頭的相對位置保持不變，其移動速度和焊接速度保持一致，在攪拌頭旋轉插入試件的同時啟動冷卻裝置。

優選地，所述快速冷卻裝置采用液氮冷卻。

優選地，在步驟2中設置攪拌頭的轉速和焊接速度的同時，設置液氮流量。

優選地，所述試件為純銅工件。

有益效果：本發明提供一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法，通過在攪拌摩擦焊接過程中持續冷卻，提高了焊縫的焊后冷卻速度，拉伸測試結果表明，采用此種焊接工藝進行純銅對接焊接時，焊接接頭的熱影響區消失，攪拌區內形成位錯密度極高的超細晶，因此，純銅焊接接頭的力學性能顯著提高。

附圖說明

圖1 是快速冷卻FSW示意圖。

圖2 是傳統FSW和快速冷卻FSW焊縫中心的熱循環曲線；

圖3 是傳統FSW和快速冷卻FSW焊縫表面和橫截面的光學照片；

圖4 是傳統FSW焊接接頭攪拌區的金相顯微照片；

圖5是快速冷卻FSW焊接接頭攪拌區的金相顯微照片；

圖6 是傳統FSW和快速冷卻FSW焊接接頭的顯微硬度分布；

圖7 是傳統FSW和快速冷卻FSW焊縫攪拌區的拉伸性能。

圖中：噴管1、攪拌頭2、支架3、焊機主軸4。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

如圖1所示，一種純銅的快速冷卻攪拌摩擦焊接方法,其特征在于，在攪拌摩擦焊接過程中，采用冷卻設備對工件進行持續冷卻直至完成焊接，具體步驟如下：