[發明專利]一種改善大厚度鋁合金攪拌摩擦焊焊縫厚度方向溫度梯度的方法

在審

• 申請號: 201710705297.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107486621A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 陳東高;王有祁;陶明杰;甄立玲;馬良超;馮勝強;劉紅偉;張迎迎;任寶輝
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種提高大厚度鋁合金攪拌摩擦焊接質量的工藝，尤其涉及一種改善大厚度鋁合金攪拌摩擦焊焊縫厚度方向溫度梯度的方法，應用范圍屬于焊接技術領域。

背景技術

攪拌摩擦焊在焊接20mm厚度以下鋁合金具有明顯優勢，但對于25mm厚度以上鋁合金材料，由于攪拌摩擦焊工藝本身的限制造成焊縫厚度方向存在很大的溫度梯度，焊縫上表面由于攪拌頭軸肩的摩擦作用溫度最高，沿厚度方向向下溫度逐漸降低，至焊縫下表面溫度最低。而且隨著被焊接鋁合金材料的厚度增加這種溫度差異越大，溫度差值最高可達200℃。這種差異容易造成焊縫根部產生弱連接甚至是未熔合等焊接缺陷，影響焊接質量，接頭力學性能沿厚度方向極不均勻，而且導致整體接頭力學性能降低。

如何改善厚板鋁合金攪拌摩擦焊縫沿厚度方向的溫度梯度，是保證大厚板鋁合金接頭沿厚度方向力學性能均勻性的必要條件。現有技術多為從焊縫正面預熱，或者對焊接件進行整體加熱，這些方法均不能有效改善大厚板鋁合金攪拌摩擦焊存在的大梯度溫度場，甚至使溫度梯度更大。因此，需要找到一種能夠提高焊縫背面溫度的方法。電磁感應加熱是一種常用的加熱方式，具有設備簡單、操作方便、加熱效率高、加熱溫度可控等優點，將高頻電磁感應加熱技術用于大厚板鋁合金攪拌摩擦焊，使高頻電磁感應加熱技術與攪拌摩擦焊技術完美結合，改善厚板鋁合金攪拌摩擦焊焊縫沿厚度方向的溫度梯度，為解決大厚板鋁合金攪拌摩擦焊難題提供一個新途徑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種改善大厚度鋁合金攪拌摩擦焊焊縫厚度方向溫度梯度的方法，具有工藝設計合理、易操作的特點，能有效改善焊縫厚度方向的溫度梯度，明顯提高大厚度鋁合金攪拌摩擦焊接頭力學性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種改善大厚度鋁合金攪拌摩擦焊焊縫厚度方向溫度梯度的方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在被焊接大厚度鋁合金工件的焊縫背面，沿焊接坡口設置一高頻感應線圈加熱裝置，感應線圈設置在攪拌針以工件為對稱位置的前方距離10～25mm，感應線圈距離工件背面5～10mm；

2)根據工件的厚度和焊接熱輸入因子通過調節調節高頻感應線圈加熱裝置的槽路電壓、柵電流、陽極電流和陽極電壓進行加熱，使工件背面表面溫度在2s之內達到50～150℃；

3)焊接時，攪拌頭帶動攪拌針高速旋轉，攪拌頭一邊高速旋轉，一邊與感應線圈以相同的速度同時同向沿著工件的焊縫相對于工件移動，感應線圈加熱區域最小值為攪拌針根部直徑在工件上的投影區域，最大值為攪拌頭軸肩直徑在工件上的投影區域。

作為優選，所述大厚度鋁合金工件是指厚度不小于25mm的厚板鋁合金。

作為改進，所述步驟2)中的焊接熱輸入因子是指攪拌頭的轉速/焊速，且焊接熱輸入因子越大，對應的工件背面加熱溫度越低。

作為優選，所述步驟2)中的高頻感應加熱設備的槽路電壓為4～6KV、柵電流0.3～0.6A、陽極電流2～3A，陽極電壓6～10KV，工件背面的加熱溫度的高低與工件的厚度有關，厚度越厚，要求加熱溫度越高。

進一步，所述攪拌頭、攪拌針與感應線圈的中心為同軸設置，攪拌針根部直徑在15～25mm，攪拌頭軸肩直徑在30～40mm。

最后，所述工件的背面通過左襯板、右襯板和中間襯板剛性固定。

與現有技術相比，本發明的優點在于：在大厚度鋁合金工件攪拌摩擦焊接時通過在焊縫背面施加一個電磁感應熱源，并通過調整電磁感應功率、熱源移動速度和加熱面積等參數使之與攪拌摩擦焊工藝達到最佳匹配，從而改善焊縫厚度方向的溫度梯度。本發明工藝設計合理、操作方便，可用于25mm厚度以上鋁合金的攪拌摩擦焊接，控制焊縫厚度方向溫度梯度在30℃以內，可有效消除焊縫根部產生的未焊透、未熔合和弱連接等缺陷，改善接頭厚度方向力學性能的均勻性并提高接頭整體力學性能。

附圖說明

圖1是本發明提供的改善厚板鋁合金攪拌摩擦焊焊縫厚度方向溫度梯度的方法的工藝示意圖。

圖2為工藝示意圖之二。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。

實施例1：