[发明专利]一种针对中厚板材的搅拌摩擦双面焊方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域，具体涉及一种针对中厚板材的搅拌摩擦双面焊方法。

背景技术

镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，减振性能、导热性能、铸造性能和可切削加工性能良好，是目前工业上应用最轻的金属结构材料和特殊用途的功能材料。因此，镁合金在汽车、航空航天、轨道交通等工业领域得到一定的应用。传统上镁合金的连接主要通过熔化焊，易产生蒸发、晶粒粗大和高残余应力等缺陷。而新型的搅拌摩擦焊是一种固相连接方法，无熔化焊的缺陷，残余应力和变形小，而且适合全位置焊接。该方法经常在待焊材料的一个面上进行焊接，因此称为搅拌摩擦单面焊。

单面焊存在诸多不足：一、轴肩只作用于工件表面，易导致底部热量不足形成未焊透缺陷；二、如果通过提高旋转速度改善底部缺陷，又易出现表层焊缝过热。

发明内容

针对现有中厚板接头连接强度较低的问题，本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦双面焊方法。

该种针对中厚板材的搅拌摩擦双面焊方法，包括以下步骤：

步骤一、焊前用酒精将待焊板材的油污清洗干净，然后将板材用夹具固定在焊接工作台上，使两板材处于对接且位于同一平面；

步骤二、搅拌头以旋转速度ω、顺时针旋转方向从上表面以插入速度V_z插入焊接起始位置，保持轴肩下压量为h；

步骤三、搅拌头以焊接速度V_h沿对接面左侧开始焊接，焊接过程中保持旋转速度不变，直到焊完右侧，从而形成一次焊接焊缝；

步骤四、将工件进行翻转，在一次焊缝位置的背部进行二次焊缝的焊接，根据二次焊缝的起始位置的不同分为同向焊接和异向焊接，焊接参数与步骤二、三相同。

本发明的有益效果：

1、利用搅拌头分别对被焊工件两个面进行焊接，可改善底部金属的塑性流动，降低板厚方向上的热力梯度，从而提高接头的力学性能；

2、当两次焊接为同向焊接时，可避免两次焊接的前进侧位于板材同侧，从而改变薄弱位置。

附图说明

图1为搅拌摩擦双面焊同向焊接示意图。

图2为搅拌摩擦双面焊异向焊接示意图。

具体实施方式

为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。

以下实施例涉及对所述焊接接头进行力学性能测试方法如下：力学性能测试：按照GB/2651-2008将实施例制得的焊接接头加工成拉伸试样2个，将试样进行准静态拉伸实验。所述稀土镁合金母材的抗拉强度为300MPa。

实施例1

将10mm厚稀土镁合金板材对接放置，固定在垫板上；搅拌头轴肩为双凹圆环形状，直径为20mm；搅拌针为锥形右旋的螺纹形，直径5～7mm，长度为4.8mm。将旋转的搅拌头与焊接面对中。开始焊接时，搅拌头以插入速度20mm/min插入焊接起始位置，轴肩下压量为0.2mm，停留2s；开始移动，保持搅拌头的旋转速度为600r/min，焊接速度为80mm/min；搅拌头移动停止后，停留2s搅拌头抽出，焊接结束，得到一次焊缝。将工件翻转，在一次焊缝起始位置的背部作为二次焊接的起始位置，进行二次焊缝的同向焊接，焊接参数与步骤二、三相同。焊接结束从而得到搅拌摩擦双面焊的同向焊接的完整焊缝。

焊接接头上下表面成形良好，没有大的变形，无明显的缺陷；经准静态拉伸力学性能测试可知：接头抗拉强度为285.6MPa，达到母材强度的95.2％，断口位于焊核区。

实施例2

将10mm厚稀土镁合金板材对接放置，固定在垫板上；一次焊缝制备方法步骤同实施例1，得到一次焊缝；将工件翻转，在一次焊缝结束位置的背部作为二次焊接的起始位置，进行二次焊缝的异向焊接，焊接参数同实施例1。焊接结束从而得到搅拌摩擦双面焊的异向焊接的完整焊缝。

焊接接头上下表面成形良好，没有大的变形，无明显的缺陷；经准静态拉伸力学性能测试可知：接头抗拉强度为267.8MPa，达到母材强度的89.3％，断口位于两次焊接的热力影响区。

实施例3

对20mm厚AZ80镁合金进行搅拌摩擦双面焊同向对接，母材的抗拉强度为299MPa。将板材对接固定在垫板上，所用搅拌头轴肩为双凹圆环形状，直径为22mm；搅拌针为锥形右旋的螺纹形，直径6～10mm，长度为9.7mm。两次焊接的工艺参数相同，分别为：焊接旋转速度为250r/min，焊接速度为80mm/min，下压量为0.2mm。最终得到搅拌摩擦双面焊的同向焊接的完整焊缝。