[發明專利]一種提高同種材質攪拌摩擦焊接頭性能的方法

在審

• 申請號: 201811218576.X
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109014563A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 錢錦文;劉遠;歐艷;肖逸鋒;許艷飛;吳靚;張明華;張乾坤
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種提高同種材質攪拌摩擦焊接頭性能的方法。本發明根據拉伸塑性變形唯象的Campbell判據和焊接過程中粘塑性金屬帶有Zener?Hollomon參數的反雙曲正弦本構方程，建立了攪拌摩擦焊焊接過程中流變應力的邊界條件；基于攪拌摩擦焊焊接工藝參數、流變應力邊界條件以及材料的物性參數和本構方程參數之間的數理關系，建立了攪拌摩擦焊焊核區峰值溫度與工藝參數的解析模型；通過輸入實際的峰值溫度，經過數理解析模型的計算后可得到優化的焊接工藝參數，以此參數指導焊接生產可大大提高同種材質攪拌摩擦焊接頭的性能。本發明為同種材質攪拌摩擦焊焊接工藝參數的優化和性能的改善提供了一種新的高效方法。

技術領域

本發明涉及攪拌摩擦焊領域，具體是一種提高同種材質攪拌摩擦焊接頭性能的方法。

背景技術

鋁合金，鎂合金，鈦合金是工業中應用最廣泛的有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展，對鋁合金，鎂合金，鈦合金等焊接結構件的需求日益增多，使其焊接性的研究也隨之深入。

攪拌摩擦焊技術是利用一個耐高溫、非自損性的攪拌頭插入兩被焊工件的焊縫處與工件進行摩擦，這種摩擦所產生的熱量使得攪拌頭周圍的金屬溫度升高達到塑性軟化階段，隨著攪拌頭旋轉前進，這些被軟化的粘塑性金屬在攪拌針的攪拌作用下發生流動，焊縫處的金屬混合在一起重新結晶連接的一種固相焊接技術。攪拌摩擦焊技術高效、環保。目前攪拌摩擦焊技術越來越受到航空航天領域的關注。

在攪拌摩擦焊焊接過程中，溫度是影響塑性金屬流動、缺陷形成和接頭強度的主要因素。當熱輸入量過高時，多余的塑性金屬會產生飛邊、表面毛邊以及熔核塌陷，如果熱輸入量過低，塑性金屬的流動性下降，導致前進側出現溝槽、孔洞或未焊合等缺陷，因此，在攪拌摩擦焊過程中，溫度不能過高或過低。另外攪拌摩擦焊存在的多種焊接缺陷都與不合理的焊接工藝相關，例如未焊透、未焊合、隧道、孔洞、表面溝槽、表面擦傷、熔核塌陷以及吻接等主要與旋轉速度、前進速度等工藝參數有關，在焊接過程中，由于工藝選擇的不恰當局部融化會時有發生，進而會造成焊接質量成形性能較差，強度不能達到所需要的要求。因此，避免這些缺陷，工藝參數的優化就顯得尤為重要。

目前，大量研究都致力于找出工藝參數對缺陷形成的影響，從而達到優化攪拌摩擦焊工藝參數的目的，且工藝參數的優化大都是通過實驗來獲得的，這種方法費時、費力，并包括在線檢測模塊、信號采集與處理模塊、焊接工藝控制模塊等復雜的模塊設計，大大增加了生產成本。

發明內容

圖1為一種提高攪拌摩擦焊接頭性能的方法流程圖。本發明通過借鑒拉伸流變唯象Campbell判據的流變應力穩定性判據及焊接過程粘塑性金屬帶有Zener-Hollomon參數的應力、應變速率，溫度之間關系的反雙曲正弦本構方程，建立相應同種材質攪拌摩擦焊流變應力的邊界條件，之后將粘塑性金屬層厚度等于前進速度與焊接速度的比值，利用這一關系引入攪拌摩擦焊過程中的工藝參數，建立優化的峰值溫度和優化的工藝參數之間的解析模型；通過輸入由溫度場確定的實際的峰值溫度，通過解析模型得到優化的工藝參數，從而避免攪拌摩擦焊過程中的諸多缺陷。該發明為攪拌摩擦焊焊接性能的提高以及工藝參數的優化提供一種新的高效的方法。

本發明的一種提高同種材質攪拌摩擦焊接頭性能的方法，圖1為一種提高同種材質攪拌摩擦焊接頭性能的方法流程圖，其具體步驟為：