[發明專利]改善鋁合金攪拌摩擦焊接性能的方法

在審

• 申請號: 201910199518.5
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109877442A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 陳哲;鞠曉菲;吳一;王浩偉;鐘圣怡;汪明亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種改善鋁合金攪拌摩擦焊接性能的方法，其包括如下步驟：S1：將鋁合金焊件A、焊接板材和鋁合金焊件B依次水平對接置于同一平面上，并裝夾固定；S2：將攪拌頭移動至鋁合金焊件A和焊接板材之間的待焊接部位；S3：控制所述攪拌頭以一定轉速插入鋁合金焊件A和焊接板材之間的待焊接部位，直至軸肩的下端面與待焊接部位的上表面緊密接觸，對焊接板材進行預熱；S4：控制所述攪拌頭以一定走速沿著鋁合金焊件A和焊接板材對接面的水平方向移動，直至焊接完成；S5：將攪拌頭提起并移至鋁合金焊件B和焊接板材之間的待焊接部位，重復步驟S3和S4的操作，完成焊接。本發明能夠有效解決鋁合金焊接過程中存在的組織性能差，孔隙率高，焊縫強度低等問題。

技術領域

本發明涉及一種焊接方法，尤其涉及一種采用TiB₂原位顆粒增強的鋁基復合材料作為焊縫填充材料來改善鋁合金攪拌摩擦焊接性能的方法，提高焊縫強度的攪拌摩擦焊接方法，屬于材料連接技術領域。

背景技術

由于制造高強度、耐疲勞和抗斷裂性能的航天航空鋁合金焊材存在著很大難度，長期以來抑制了航空材料焊接的廣泛應用。例如對于2XXX和7XXX高強鋁合金來說，它們在熔融區的凝固組織結構差，孔隙率高，通常被劃分為不可焊接材料。另外，和基體材料相比，其機械性存在著明顯下降，焊縫強度通常低于母材。一些鋁合金雖然可以進行電阻焊，但由于存在表面氧化這個大問題，需要進行昂貴的表面處理。

攪拌摩擦焊接作為一種固態焊接技術，從發明伊始就應用于鋁合金。攪拌摩擦焊接的基本概念很簡單：一個具有特制攪拌針和軸肩的攪拌工具，插入板材待焊部位，并沿焊縫前移。高速旋轉的攪拌頭所產生的熱量將軟化其周圍的材料，伴隨著攪拌頭的旋轉和前移，材料從攪拌針的前方移動至后方。整個過程中材料并未發生融化，是在固態下完成的。在攪拌摩擦焊接過程中，材料在高溫下經歷了強塑性變形，生成細小等軸的再結晶晶粒。細小的晶粒組織使機械性能得到了提升。

在眾多的陶瓷增強相中，TiB₂具有強共價鍵，高強度和高硬度，良好的阻尼和疲勞抗性等性質，對要在極端環境下應用的航天航空鋁合金來說是一個極具優勢的增強相。由于原位自生的TiB₂增強的鋁基復合材料具有強度高，與焊件鋁合金材料相容性好的特點，將其作為焊縫填充材料，能有效解決焊縫區強度低于母材區這一問題。同時，TiB₂顆粒的存在對晶粒在高溫下的再結晶長大起到一個抑制作用。若后續再對焊件進行熱處理，TiB₂顆粒能抑制晶粒的長大，從而避免焊件機械性能的大幅下降。

發明內容

本發明為了改善鋁合金焊接性能，提出了一種采用TiB₂原位顆粒增強的鋁基復合材料作為焊縫填充材料的攪拌摩擦焊方法，解決了焊縫區強度低于母材區這一問題，獲得高性能的鋁合金焊接材料。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種改善鋁合金攪拌摩擦焊接性能的方法，其包括如下步驟：

S1：將鋁合金焊件A、焊接板材和鋁合金焊件B依次水平對接置于同一平面上，并裝夾固定；

S2：將攪拌頭移動至鋁合金焊件A和焊接板材之間的待焊接部位；

S3：控制所述攪拌頭以30～1500rpm的轉速插入鋁合金焊件A和焊接板材之間的待焊接部位，直至軸肩的下端面與待焊接部位的上表面緊密接觸，對焊接板材進行預熱；

S4：控制所述攪拌頭以50～800mm/min的走速沿著鋁合金焊件A和焊接板材對接面的水平方向移動，直至焊接完成；

S5：將攪拌頭提起并移至鋁合金焊件B和焊接板材之間的待焊接部位，重復步驟S3和S4的操作，完成焊接。