[發明專利]一種異種金屬連接交變徑向力可調式攪拌摩擦焊接方法

在審

• 申請號: 202210270742.0
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114473180A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 高陽;陳書錦;陳鑫毅;孫宏偉;劉超;張本順;方臣富;羅建坤;陳樹君
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26;B23K103/18
• 代理公司: 無錫中瑞知識產權代理有限公司 32259
• 代理人: 陸平

本發明涉及到一種異種金屬連接交變徑向力可調式攪拌摩擦焊接方法，包括步驟a、定義攪拌針旋轉切向與前進方向一致的一側為攪拌針前進側；攪拌針旋轉切向與前進方向相反的一側為后退側；b、將熔點較高的金屬材料置于攪拌針前進側，熔點較低的金屬材料置于攪拌針后退側；c、利用攪拌頭上的攪拌針對兩異種金屬連接縫進行攪拌摩擦焊，同時在攪拌針周圍焊接區構建周向旋轉和徑向交變的電磁力。本發明通過在焊接區域內以攪拌針為中心，提供一種可調節的交變徑向電磁力，徑向驅動塑性金屬流動和擴散，從而將熱機影響區中的部分高熔點合金撕裂并向低熔點合金一側運動，最終形成焊縫區組織自鎖現象，增大結合面積，促進接頭的力學性能。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工與成型技術領域，具體涉及一種異種金屬連接交變徑向力可調式攪拌摩擦焊接方法。

背景技術

攪拌摩擦焊工藝是一種綠色焊接工藝，近年來被廣泛應用于航空航天、軌道交通等領域。通過攪拌針和軸肩與工件間的摩擦熱，在攪拌針的附近形成塑性流動層，塑性流動層在攪拌頭高速旋轉的作用下填充入攪拌針后方形成的空腔內，從而實現可靠的連接，它具有焊接接頭強度高、焊接工件變形小、綠色環保等優點。

不同的金屬材料不僅在化學性質上存在巨大差異，在熱物理性能上也存在巨大差異，焊接未熔合、裂紋等缺陷容易在焊接過程中出現，造成焊接結構性能下降。因此減少缺陷的出現，提升焊件質量一直是異種金屬材料焊接的難點。

由于異種合金的攪拌摩擦焊容易在接頭中生成脆硬的IMCs進一步演化為化合物層，導致接頭的性能大大降低。因此如何抑制和減少異種合金攪拌摩擦焊過程中的IMCs成為了當前研究的重難點。例如：鋁鋼復合材料兼具鋼良好的力學性能和鋁的耐腐蝕、高導熱性、密度低等特點，可以滿足許多特殊使用要求。鋁鋼界面若生成金屬間化合物，會破壞鋁鋼基體間的冶金結合，嚴重影響材料的使用性能。因此，抑制鋁鋼界面金屬間化合物的生長是開發鋁鋼復合材料的關鍵。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種異種金屬連接交變徑向力可調式攪拌摩擦焊接方法，抑制因異種金屬間化合物的生長導致的焊接接頭性能降低的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種異種金屬連接交變徑向力可調式攪拌摩擦焊接方法，包括如下具體步驟：

a、定義攪拌針旋轉切向與前進方向一致的一側為攪拌針前進側；攪拌針旋轉切向與前進方向相反的一側為后退側；

b、將熔點較高的金屬材料置于攪拌針前進側，熔點較低的金屬材料置于攪拌針后退側；

c、利用攪拌頭上的攪拌針對兩異種金屬連接縫進行攪拌摩擦焊，同時在攪拌針周圍焊接區構建周向旋轉和徑向交變的電磁力。

作為一種優選方案，還包括步驟d：根據焊接需要，通過調節電磁力大小改變焊接區塑性流動態金屬的流動性。

作為一種優選方案，在實施步驟c時，通過在攪拌頭軸肩端面上設置強力磁鐵以及攪拌頭的高速旋轉來構建電磁力，磁鐵沿環繞攪拌針的閉環正星形曲線等間距排列，攪拌針位于閉環正星形曲線的中心。

作為一種優選方案，位于閉環正星形曲線的每個頂點和每個底點均分別設置有一個磁鐵，相鄰頂點和底點之間的曲線上均布有至少一個磁鐵。

作為一種優選方案，任意兩相鄰磁鐵的中心到攪拌針的距離差小于磁鐵的半徑。

作為一種優選方案，調節電磁力大小的具體方法包括更換磁力不同的磁鐵、改變攪拌頭的轉速。

作為一種優選方案，所述軸肩端面上開設有與磁鐵一一對應的安裝孔，磁鐵一一對應地嵌設于安裝孔內且磁鐵下表面與軸肩端面齊平。