[發明專利]一種消除鎂鋰合金攪拌摩擦焊焊縫表面起皮缺陷的方法

有效

• 申請號: 201910247455.6
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110091051B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 徐榮正;李慧;侯艷喜;國旭明
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種消除鎂鋰合金攪拌摩擦焊焊縫表面起皮缺陷的方法，屬于攪拌摩擦焊接領域。該方法包括攪拌頭定位、攪拌頭旋轉下壓、保壓、焊接過程，在保壓和焊接過程中，增加熱力平衡維持過程，具體為：根據參考件鎂鋰合金攪拌摩擦焊焊縫表面起皮缺陷的距離，確定鎂鋰合金攪拌摩擦焊起始階段焊縫表層金屬能夠穩定脫離軸肩邊緣的最短時間，從而確定熱力平衡維持時間。該方法解決現有FSW技術在鎂鋰合金FSW中起始端極易出現的起皮缺陷，嚴重影響焊縫美觀、接頭性能及質量的問題，對于提高鎂鋰合金FSW接頭的質量與性能，推進鎂鋰合金FSW的工業化應用具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及攪拌摩擦焊接領域，具體涉及鎂鋰合金攪拌摩擦焊接技術領域，特別涉及一種消除鎂鋰合金攪拌摩擦焊焊縫表面起皮缺陷的方法。

背景技術

鎂鋰合金是目前可以工程化應用的最輕的金屬結構材料，且具有良好的導熱、導電、延展性，被廣泛應用于航空航天、國防軍工等領域，而焊接技術作為一種重要的加工成形工藝，將在鎂鋰合金的工程化應用過程中，發揮不可替代的關鍵作用。

攪拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，簡稱FSW)作為一種固相連接技術，可以避免熔化焊中出現的氣孔、夾渣等冶金缺陷，已被廣泛應用于AZ系列、ZK系列等鎂合金的焊接領域，并取得了理想的焊接效果。然而采用FSW技術進行鎂鋰合金的焊接時，由于該系列鎂合金中含有高活性的鋰元素，導致鎂鋰合金于常規鎂合金(AZ系列、ZK系列等)相比，其密度更小、熔點更低、熱導率更低且粘度系數更大，因此，鎂鋰合金FSW的難度要明顯高于常規鎂合金，其焊接的工藝窗口非常窄小。

在FSW過程中，攪拌工具在旋轉、下壓(軸肩下壓量一般為0.1～0.3mm)以及保壓一定時間(通常在5～20s左右)后，便以一定的速度在待焊材料中行進，在焊接的過程中，通過旋轉的攪拌頭與工件之間產生的摩擦熱，使攪拌頭前方的材料發生強烈塑性變形，然后隨著攪拌頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的后方，從而形成表面具有鮮明魚鱗紋形狀特征的焊縫。可見，對于常規鎂合金的FSW技術而言，影響接頭成形的最主要焊接參數為轉速、行進速度(焊接速度)以及下壓量，因此在進行工藝參數優化時，主要集中于以上三個方面。但是，對于鎂鋰合金進行FSW時，發現旋轉速度對其焊縫工藝的影響最為敏感，高的旋轉速度更易于獲得高質量的焊接接頭。

然而，需要指出的是，經過旋轉速度、行進速度以及下壓量等參數的優化匹配后，雖然可以實現鎂鋰合金的FSW，但是由于鎂鋰合金具有低熔點、低熱導率及高粘度系數的特性，因此保壓過后，較低的熱導率會使軸肩與焊縫表層金屬摩擦產生的熱量來不及散發，極易導致表層溫度達到、甚至超過鎂鋰合金的熔點，而因鎂鋰合金的粘度系數較高，所以致使表層處于熔化或熔融狀態的金屬很難脫離軸肩邊緣，于是表層金屬呈皮狀分布于焊縫起始段的表面，導致鎂鋰合金在FSW的初始階段極易形成明顯的起皮缺陷。

綜上可見，鎂鋰合金低熔點、低熱導率及高粘度系數的特征，導致其在FSW起始端，在焊縫表面形成起皮缺陷，嚴重影響焊縫表面的美觀以及接頭的質量，減少焊縫的有效長度，從而影響其工程化應用。換言之，軸肩與焊縫表層金屬在焊接的初始階段，如果能夠達到熱力平衡，就能消除起始階段的起皮缺陷。也就是說控制起始階段軸肩與鎂鋰合金焊縫表層金屬之間的熱力平衡，是潛在的解決上述問題的有效方式。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出了一種消除鎂鋰合金攪拌摩擦焊焊縫表面起皮缺陷的方法，該方法解決現有FSW技術在鎂鋰合金FSW中起始端極易出現的起皮缺陷，嚴重影響焊縫美觀、接頭性能及質量的問題，能夠消除鎂鋰合金攪拌摩擦焊接起始端極易出現的起皮缺陷，獲得了成形美觀的鎂鋰合金FSW接頭，對于提高鎂鋰合金FSW接頭的質量與性能，推進鎂鋰合金FSW的工業化應用具有重要的意義。

本發明的技術方案如下：