[發明專利]一種添加高熵合金輔助攪拌摩擦焊接方法、接頭及應用

有效

• 申請號: 202111115807.6
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113828907B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 王文;張宇燁;王快社;韓鵬;方園;王元一;王佳;葉東明
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26;B23K103/08
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發明公開了一種添加高熵合金輔助攪拌摩擦焊接方法、接頭及應用，包括以鋁板為搭接底板，鎂板為搭接上板的搭接板材，所述鋁板表面加工多個盲孔組，所述盲孔組由多個呈對數螺旋線形狀的盲孔組成，所述盲孔內加入高熵合金粉末，采用攪拌頭對所述搭接板材進行攪拌摩擦焊接，所述的高熵合金粉末為AlCoCrFeNi。與傳統的搭接焊技術相比較，采用本方降低了鋁鎂異種材料焊接過程中金屬間化合物的生成同時增強了攪拌區內金屬的流動，有效提高了焊接接頭的強度。該焊接過程操作簡單，在有效改善結構性能組織的同時不用增加焊接周期。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種添加高熵合金輔助攪拌摩擦焊接方法、接頭及應用。

背景技術

近年來由于機械輕量化的發展，鎂和鋁合金不可避免地需要被焊接在一起。熔化焊是如今工業領域應用最廣的焊接方式，但由于鎂鋁合金的物理化學性能差異較大，不適合以熔化焊的方式焊接。攪拌摩擦焊接技術是英國焊接研究所在1991年發明的一種新型固相連接技術。該技術能有效減少傳統熔化焊中產生的氣孔和夾雜物，具有接頭變形小、焊接過程自動化、接頭質量高等特點。同時于其他焊接工藝相比攪拌摩擦焊接過程中熱輸入較低，可有效減少金屬間化合物的生成，現廣泛應用于鎂、鋁等異種材料焊接領域。

攪拌摩擦焊可以實現對接、搭接（包括點焊和線焊）等形式的焊接。近年來，攪拌摩擦搭接焊作為攪拌摩擦焊接的重要形式之一，其技術已經愈發成熟且在工程領域得到了越來越廣泛的應用，但是如何提升搭接接頭性能一直是熱門的研究方向。對于異種材料搭接焊而言，由于在焊接過程中熱輸入的存在會不可避免地導致異種材料間反應，這會在焊縫處產生金屬間化合物。研究表明，對于鋁鎂攪拌摩擦搭接焊而言，在焊接過程中會產生絮狀（Al₁₂Mg₁₇）金屬間化合物和條帶狀（Al₃Mg₂）金屬間化合物。若不添加中間層以降低金屬間化合物的生成會嚴重影響攪拌區內金屬的流動，從而影響焊接接頭力學性能。

常見的改善鋁鎂搭接焊的方法是在焊接時在鎂鋁中添加鋅層來阻隔鋁鎂的反應，但這種引入鋅層焊接方法不可避免地增加了搭接件厚度，嚴重影響了工件在實際服役過程中的精度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種添加高熵合金輔助攪拌摩擦焊接方法、接頭及應用。

一種添加高熵合金輔助攪拌摩擦焊接方法，包括以鋁板為搭接底板，鎂板為搭接上板的搭接板材，所述鋁板表面加工多個盲孔組，每個所述盲孔組由多個呈對數螺旋線形狀的盲孔組成，所述盲孔內加入高熵合金粉末，采用攪拌頭對所述搭接板材進行攪拌摩擦焊接，所述的高熵合金粉末為AlCoCrFeNi。

進一步的，相鄰兩個盲孔組之間間隔4mm，所述盲孔組內的相鄰兩個盲孔間隔1~2mm布設，所述盲孔的形狀為圓柱體，盲孔的直徑為2mm，盲孔深度為1mm；所述攪拌摩擦焊接包括至少一道次的攪拌摩擦焊接。

進一步的，所述攪拌摩擦焊接包括焊接方向相同的第一道次焊接和第二道次焊接，第一道次焊接和第二道次焊接間隔4~6mm。

進一步的，所述的AlCoCrFeNi的粒度范圍為15~20μm。

進一步的，所述攪拌頭對所述搭接板材進行攪拌摩擦焊接時，壓入搭接上板0.1~0.3mm，攪拌摩擦焊接速度30mm/min，轉速為750r/min，攪拌頭的傾斜角為2°，所述傾斜角指攪拌頭的軸線與垂直于搭接上板的垂線之間的夾角。

進一步的，所述鎂板與鋁板的厚度相同，均為3~5mm。

進一步的，所述攪拌頭包括連接的軸肩和攪拌針，軸肩直徑為16~20mm，攪拌針直徑為3.5～6.5mm，攪拌針長度小于搭接板材的總板材厚度。

具體的，包括以下步驟：

步驟一、打磨待焊鋁板和鎂板的表面，所述的鎂板為AZ系鎂合金，鋁板為純鋁或鋁合金；