[發明專利]一種用于異種金屬材料對接的自動送絲的攪拌摩擦焊方法

有效

• 申請號: 201710767489.9
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107414283B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 許惠斌;高鵬宇;李默陽;羅磊
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K20/227
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明公開了一種用于異種金屬材料對接的自動送絲的攪拌摩擦焊方法，其包含如下步驟：一，將焊件對接裝夾，焊件之間設有間隙，將帶狀焊絲從送絲槍引出，校直輪組、預埋輪和校平輪依次放置于間隙上，帶狀焊絲通過校直輪組進行校直，再通過預埋輪斜向下送入間隙內，隨后校平輪對間隙內的帶狀焊絲進行校平，將帶狀焊絲的端部置于攪拌頭的正下方；二，啟動焊機，攪拌頭開始垂直向下進給，隨后攪拌針壓入置有帶狀焊絲的間隙內，焊接開始，焊接過程中，送絲速度與焊接速度保持一致；三，升起攪拌頭，然后停止送絲，切斷帶狀焊絲。其能夠減少金屬間化合物的生成，降低界面溫度和殘余應力，避免焊縫產生孔洞，提高焊接接頭的力學性能和焊接效率。

技術領域

本發明涉及焊接技術，具體涉及一種用于異種金屬材料對接的自動送絲的攪拌摩擦焊方法。

背景技術

隨著我國基礎設施建設的需求進一步加強，更多的工程項目不再單一地選擇某一種材料，而是青睞于綜合性能更為優異的異種金屬復合材料，其中鋁合金和鋼的異種金屬連接具有廣大的應用前景，并正在逐步應用于車輛制造、船舶生產等越來越多工業生產部門。鋁合金與鋼之間物理性質差異大，熔化焊等傳統熔焊技術難以獲得成型好、性能優的焊接接頭。但鋁合金與鋼通過攪拌摩擦焊可獲得到較高的強度，被認為是較適合兩者材料的焊接方法，但其最大缺點在于焊接過程中難以避免Fe-Al金屬間化合物生成，并有較大殘余應力，限制接頭強度的進一步提高。

熔化焊是金屬材料連接常用的焊接方法之一。熔化焊具有連接強度高，焊接接頭好，效率高，靈活性強等優點，但由于熱輸入高，焊后接頭殘余應力大，且易生成大量連續的Fe2Al5，FeAl3等脆性金屬間化合物相，降低接頭頭性能，不能獲得性能較好的Fe/Al異種金屬焊接接頭。

釬焊優點是加熱溫度低，變形小，接頭光滑美觀，保證精確的工件尺寸，適合于焊接精密、復雜的異種材料構件。但釬焊難以有效去除鋁合金表面致密的氧化膜，釬料在鋁合金表面難以鋪展潤濕，嚴重影響接頭的成形及最終性能。新型釬焊，比如超聲波釬焊，可有效去除金屬表面氧化膜，但存在設備復雜、工藝流程繁瑣，操作要求高，經濟性差等缺點。

電弧釬焊熱輸入量低，工件形變量小，能夠嚴格控制焊接變形，避免薄壁件過量熔蝕，提高了焊接效率和焊縫強度，具有節能高效的特點以獲得可靠鋁合金/鋼焊接接頭。但與攪拌摩擦焊相比，電弧釬焊仍采用電弧為熱源，產生較高熱輸入量，因此會在接頭界面生成平直且較厚的金屬間化合物、從而降低焊縫強度。

固相焊主要有擴散焊、攪拌摩擦焊等方法。擴散焊可獲得界面結合緊密的Fe/Al異種金屬擴散焊接頭，但需要精確控制加熱溫度、保溫時間和焊接壓力，焊接靈活性差，僅適于結構簡單，體積小的構件的焊接，且該方法焊接周期長、成本高。利用攪拌摩擦焊焊接Fe/Al異種金屬可實現鋁合金與異種金屬有效連接。但攪拌摩擦焊焊接過程中，由于兩待焊工件的直接接觸，焊后會生成脆性的Fe/Al金屬間化合物，同時，由于鋁合金和鋼線膨脹系數相差較大，易產生較大殘余應力，會降低接頭的力學性能。

CN102941414A公開了一種預填絲攪拌摩擦焊接方法，其在焊接過程中，以TIG 或MIG焊接方法在母材表面熔覆一層金屬，隨后進行攪拌摩擦焊，以解決現有攪拌摩擦焊過程中的焊縫有效厚度減薄的問題，但是僅將帶狀中間層熔覆在待焊工件表面，并未提高鋁/鋼界面強度。

CN103157903A公開了一種能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，具體步驟為：將帶狀中間層緊貼母材表面，攪拌頭垂直向下進給，攪拌針開始與帶狀中間層的端部接觸并鉆入母材內，通過攪拌針和軸肩的攪拌加熱作用實現對母材的焊接，以解決傳統攪拌摩擦焊接技術無法解決的焊縫厚度減薄的問題。將帶狀中間層鋪在母材表面，焊接時，利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀中間層堆焊于待處理材料表面，帶狀中間層未進入母材內，僅解決消除焊縫減薄的問題，但沒有明顯解決異種材料攪拌摩擦焊下接頭界面變脆的問題。