[發明專利]一種基于高頻輔助的異種金屬半固態摩擦釬焊方法

有效

• 申請號: 202010087041.4
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111098018B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 許惠斌;叢偉;鐘萬亮
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/22;B23K20/24
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明公開了一種基于高頻輔助的異種金屬半固態摩擦釬焊方法，其包括如下步驟：步驟一，準備待焊螺柱和待焊工件，所述待焊螺柱焊接端加工為錐度臺階狀、錐度螺紋狀或錐度臺階螺紋狀，所述待焊工件的待焊面處加工預置孔，將釬料放置于待焊工件的預置孔內壁，步驟二，采用高頻感應線圈將待焊螺柱焊接端加熱至300～500℃，保溫1～5min；步驟三，摩擦階段，以轉速600～1500r/min、摩擦壓力10～40MPa摩擦3～8s；步驟四，頂鍛階段，摩擦旋轉急停，急停時間小于0.5s，施加頂鍛壓力15～60MPa，頂鍛時間為3～10s，頂鍛階段待焊螺柱位移量為1～3mm。步驟五，頂鍛結束后在15～60MPa壓力下保荷10～25s，然后空冷至室溫。其能夠實現異種金屬的優質連接，具有“冶金結合+機械咬合”雙重優勢，提高了接頭的力學性能和焊接效率。

技術領域

本發明涉及一種螺柱摩擦焊接方法，具體涉及一種基于高頻輔助的異種金屬半固態摩擦釬焊方法。

背景技術

異種金屬復合結構以具有重量輕、綜合性能高且結合了“輕+強”的復合結構優勢在汽車、飛行器、武器裝備等行業具有非常光明的應用前景，但二者之間巨大的物理化學性能之間的差異，使得異種金屬材料的焊接仍然存在許多實際問題。現今，異種金屬復合構件的焊接技術的發展較大程度上落后于其他成形技術方法的發展，已成為該對異質金屬走向實用化的瓶頸。故深入分析研究異種金屬的連接在焊接技術中的科學問題是非常必要的。

常用于異種金屬焊接的方法有電弧螺柱焊、慣性摩擦焊、釬焊以及依靠機械連接。現有異種金屬螺柱焊連接技術中，較為廣泛采用電弧螺柱焊，在高焊接熱輸入條件下，熱影響區范圍增大，異種金屬界面易生長脆硬的金屬間化合物且不能有效控制金屬間化合物的厚度，最終影響接頭的力學性能，多次焊接后被焊件容易整體受熱，造成整體構件發生翹曲變形。慣性摩擦焊屬于固相焊，不可避免會產生固相焊常見的夾雜，偏析等缺陷，慣性摩擦焊在異種金屬焊接有著較大優勢，生產效率較高但該方法對設備要求較高，難以獲得大深度、埋入式接頭。通過螺接、鉚接等機械連接方法加大了設備的復雜性，接頭界面處密封性差，在多種服役環境下易產生腐蝕效應、耐疲勞性差等問題。通過釬焊方式能夠實現異種金屬焊接，也進一步提高接頭耐腐蝕性差等問題，但對于釬焊接頭形式要求單一，單純通過冶金結合所得接頭的強度普遍較低，不能完全滿足結構件高強度、高耐疲勞性要求。現國內外學者在半固態釬焊研究方面有著較大進展，通過合理控制焊縫固相顆粒分數，破碎金屬基體氧化膜，調整焊縫黏性流體特性，一定程度上能夠促進釬料與金屬基體發生冶金結合。

CN103846545B公開了一種鋼螺柱與厚鋁板摩擦螺柱焊接方法，其通過設計多種端部結構的鋼螺柱和下筒體凹槽，夾持鋼螺柱后使用旋轉加壓裝置對鋁板進行接觸摩擦，最終將鋼螺柱嵌入至厚鋁板中。此方法采用摩擦加壓方式能夠實現焊接，并通過設計不同形式螺柱實現嵌入式焊接，有效提高接頭整體性能，此方法更傾向于機械咬合作用，焊接工件經過長時間使用過程后，其抗疲勞性能減弱。同時該焊接方法需要施加較大的摩擦壓力和頂鍛壓力，對工件產生較大變形。

CN102114561B公開了一種鋁-鋼螺柱預鍍銅感應熔釬焊方法，其首先通過在鋼螺柱表層浸鍍銅并采用化學清理方法對螺柱進行清洗處理，涂覆一層氟化物釬劑后對其加熱最終完成焊接。一定程度上能夠解決鋁/鋼異種金屬焊接難點，可以實現有效焊接。但是該方法采用鍍銅作為中間層釬料，有效降低鋁/鋼金屬間化合物層厚度，但在焊前準備方面較為繁瑣，以化學試劑清洗母材，再以涂覆氟化物釬劑的方式去除母材氧化膜，會在接頭處存在化學殘留物，最終影響接頭性能。此外，該方法的鋼螺柱端部為平底無螺帽式，無法與下筒體形成嚙合效果，最終限制了界面連接強度的提升空間。