[发明专利]使用至少两个交替模式的脉冲摩擦搅拌焊接方法，每个模式都具有前进速度，所述前进速度的平均值明显不同

说明书

技术领域

本发明涉及通过摩擦搅拌焊接方法来进行金属零件的焊接。更具体地，本发明涉及将具有非常不同的机械特性的两个零件焊接在一起。 

背景技术

通常我们知道，在制造用于航空结构的半成品和结构件时，某些所需的性能一般不能彼此独立地同时进行优化。表示为“静态机械强度”(具体是拉伸强度Rm和屈服强度Rp0.2)的性能，以及表示为“损伤容限”(具体是对裂纹扩展的强度和阻抗力)的性能有时就是这样。对于结构件设计的每次使用，必须在静态机械性能和损伤容限性能之间需求一种适当的平衡。在此将其称为“性能平衡”。如果需要的话，在某些情况下，另外的性能，比如耐腐蚀性也可包括在性能平衡中，并且确定被称为“静态机械性能”或“损伤容限”中的两个或两个以上性能(比如具有互不相容倾向的屈服强度和伸长率)之间的平衡同样是必要的。对于某些零件或结构件，需要对性能平衡进行优化是特别重要的，对于这些零件或结构件，如果静态机械性能在其几何形状的一端得到优化，而损伤容限在其几何形状的另一端得到优化的话，就能够得到最好的结果。对结构件的每一部分具有优化特性的零件进行焊接就能够得到具有优化性能的结构件。 

专利申请EP 1799391(Alcan Rhenalu)公开了包括由不同性能平衡的铝合金制造的至少两部分的结构件的制造方法，所述两部分被焊接在一起，而且所述部分的其中之一(i)由不同于所述两部分中的另一部分的铝合金制成和/或(ii)具有不同于所述两部分中的另一个的初始冶金状态，并且其中所述两部分中的至少一个在焊接之前被预回火，其中该结构件在焊接后回火，使得所述两部分中的每一个都为最终的冶金状态。 

TWI(焊接研究所)在英国于20世纪90年代开始进行摩擦搅拌 焊接方法的研究。该方法在铝合金装配领域得到迅速发展。其原理是借助于经由一个使待组装的两种材料混合的旋转工具施加至金属的强剪切力来实现非熔融焊接。首先，在移动所述工具从而逐步实现焊接之前，通过摩擦金属表面上的肩部来加热金属，由此减小屈服应力。所述肩部还可容纳该金属并保持压力，以避免该金属喷射到焊接区以外。 

该方法可避免产生热开裂问题，尤其能够焊接被视为不可熔融焊接的合金，比如含有镁的合金2XXX或含有铜的合金7XXX，这些都是通常在航空结构中使用的合金。 

摩擦搅拌焊接方法的主要参数是：工具几何形状的选择、工具的旋转速度和前进速度(也称为焊接速度)，以及施加在工具上的力。这些参数并非是彼此独立的。通常地，例如，旋转速度必须随着焊接速度的增加而增加。另外，优化的焊接速度通常与焊接厚度成反比(参见例如“Le soudage par friction-malaxage”，R.CAZES，Les Techniques de l’Ingénieur，BM7746 1-9)。 

专利申请DE 199 53 260A1系统地描述了焊接速度、旋转速度、施加的力、工具高度的循环变化的可能性，但没有明确指出所选择的实施方案以及在何种情况下这些实施方案是有利的。 

专利申请US 2004-046003描述了工具旋转速度的循环变化，以改善塑化金属的混合。 

专利US 6,450,394描述了使用摩擦搅拌焊接来制造机身结构件的方法。此专利提到了改变焊接速度和旋转速度以使焊接条件适合于不同产品厚度的可能性。焊接的参数应该与待焊接的合金相适应，特别是与其热硬度或者热屈服应力相适应。对于在给定冶金状态下的每一种合金，对于给定的焊接厚度，能够在工具的焊接速度和旋转速度方面得到优化的焊接条件。优化的前进速度通常是能够获得满意焊接质量，尤其是没有孔和没有表面缺陷的最高速度。当焊接两种具有不同机械特性、特别是具有不同热屈服应力的金属材料时，一般使用最适合于该合金中的任一种的参数之间的中间焊接参数。但是，在一些情况下，特别是当两种待焊接材料之间热屈服应力差别很大时，找到满意的中间条件实际上是很困难，甚至是不可能的。 

有必要提供一种方法，以能够对该问题提供解决方案，该方法包括通过摩擦搅拌焊接来焊接具有不同金属合金(尤其是具有很大不同的热屈服应力)的两个或两个以上的零件。 

发明内容

本发明的目的是通过摩擦搅拌来对至少一个由金属合金A制成的第一零件和至少一个由不同的金属合金B制成的第二零件进行焊接的方法，其中： 

--所述第一零件和第二零件并排放置， 

--借助于以被称为前进速度的速度移动的旋转工具，实现所述第一零件和第二零件之间的连接，