[发明专利]提高搅拌摩擦焊接镁合金接头力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明专利属于焊接技术领域，特别涉及一种通过调整初始晶粒取向，提高搅拌摩擦焊接镁合金接头力学性能的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）是英国焊接研究所1991年发明的一项固相连接技术专利，其方法是由一个特定形状的搅拌针插入被焊工件的接缝处，通过搅拌头高速旋转，使得轴肩和搅拌针与被焊工件发生摩擦产生热量，从而使被焊接部位材料温度升高软化达到热塑性状态，近缝区热塑性状态的被焊材料在搅拌针的旋转搅拌作用下发生塑性流动，且沿焊接方向发生相对运动，并在轴肩顶锻压力下完成焊接的过程。

目前，搅拌摩擦焊（FSW）已广泛应用于镁合金，同时也申请了大量关于搅拌摩擦焊接镁合金的专利。例如“一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法”(申请号： 201010240914.7)，介绍了一种适合中厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊接的工艺及方法。但是人们在研究镁合金搅拌摩擦焊接接头力学性能时发现，镁合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能普遍低于镁合金母材，尤其是具有锻造组织的镁合金母材，其结合强度只有母材的60-80%，严重影响了镁合金搅拌摩擦焊接件的应用。目前，大量的学者正从事如何提高镁合金搅拌摩擦焊接接头力学性能方面的研究。但大部分学者采用的方法是调整焊接工艺参数，控制焊接热输入，焊后获得细小晶粒组织，提高接头的力学性能。虽然这种方法具有一定效果，但是由于搅拌摩擦焊接镁合金缺乏一套工艺标准，所以调整焊接工艺参数需要经过大量的尝试性试验，这不但需要花费大量的时间，还增加了经济成本。

研究发现，在镁合金塑性变形过程中容易形成具有特定取向的晶粒结构，即形成织构。织构的形成将严重影响材料的力学性能，使金属材料的性能下降可达20%-50%。搅拌摩擦焊接镁合金，尤其是具有锻造组织的镁合金，接头强度普遍低于镁合金母材，其中一个很重要的原因就是在搅拌摩擦焊接的过程中，容易形成一种特定的晶粒取向，这种取向在受力过程中便于发生滑移开裂，从而降低了镁合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明专利提出了提高搅拌摩擦焊接镁合金接头力学性能的方法，该方法在搅拌摩擦焊接之前，通过调整镁合金的初始晶粒取向，改善接头过渡区域的晶粒取向，大大改善镁合金接头的力学性能，使接头与母材的强度接近，以保证镁合金搅拌摩擦焊接件的应用。

本发明专利所述的技术方案是，提高搅拌摩擦焊接镁合金接头力学性能的方法，有以下步骤：

1）取镁合金板材，经过轧制或压缩或锻造至镁合金板材中的晶粒取向一致，用X射线衍射分析（XRD）或者背散射电子衍射分析测出镁合金板材中晶粒取向，得到经整理晶粒取向的镁合金板材1；

2）切取镁合金板材1，得到晶粒取向与镁合金板材的水平表面之间形成夹角的镁合金板材2；

3）用搅拌摩擦焊接法，对接焊接两块镁合金板材2，获得力学性能优良的镁合金搅拌摩擦焊接头。

步骤2）所述的夹角为0-90°。

镁合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度最好时，镁合金板材2的晶粒取向与该板材水平表面之间的夹角为0°或90°。

镁合金搅拌摩擦焊接头延伸率最好时，镁合金板材2的晶粒取向与该板材水平表面之间的夹角为45°。

采用本发明方法所得镁合金搅拌摩擦焊接接头的优良力学性能，接近母材抗拉强度或者接近母材延伸率（接近程度达母材抗拉强度或延伸率90%以上）。

本发明所述的接头力学性能为屈服强度和/或最大拉伸强度和/或最大延伸率。

切割镁合金板材时，可根据需要获得不同力学性能的最佳值，调整镁合金板材水平面与其横截面晶粒之间夹角，所述夹角为0度到90度之间的任何角度。

本发明专利与现有技术相比，具有如下的显著效果：

1.调整镁合金母材的初始织构，控制镁合金搅拌摩擦焊接区域的晶粒取向，使焊后接头获得理想的力学性能，解决镁合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能低于镁合金母材的问题，应用价值大。

2.调整镁合金母材初始织构的方法简单有效，且成本低廉。

3.所用设备简单常见，成本较低，易于推广。

附图说明

图1为在镁合金板材1中切取与镁合金板材水平表面之间不同夹角得到镁合金板材2的示意图；

图2是在镁合金板材1中切取与镁合金板材水平表面之间夹角为0°时所得到镁合金板材2中横截面晶粒取向示意图；

图3是在镁合金板材1中切取与镁合金板材水平表面之间夹角为45°时所得到镁合金板材2中横截面晶粒取向示意图；