[发明专利]一种提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高焊接接头强度和塑性的方法，尤其涉及一种提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法，属于搅拌摩擦焊接技术。

背景技术

搅拌摩擦焊接技术是利用高速旋转的搅拌头对待焊接材料提供热输入和机械搅拌作用，使待焊接材料在搅拌头的作用下产生塑性流变，在待焊接材料不融化的条件下实现焊接。搅拌摩擦焊接能够有效地应用于传统上难焊的铝合金特别是异种铝合金间的焊接。

采用传统方式进行的异种材料搅拌摩擦焊接，在高热输入量条件下，时效强化的铝合金会因析出相粗化、溶解而发生接头软化，容易沿时效合金的热影响区边界断裂，降低接头强度；在低热输入量条件下，由于搅拌头相对较小，焊接的走速较高而转速较低，铝合金组织中的析出相溶解、粗化程度低，合金维持了较高的强度，但焊核内材料流动性差，异种材料间混合不充分，界面冶金结合强度低，易沿焊核内部异种材料界面断开，对接头性能产生不利影响。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够增强异种材料搅拌摩擦焊接接头的连接效果的方法，以提高异种材料焊接接头的强度和塑性。

为实现上述目的，本发明提供了一种提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法，具体包括如下步骤：

第一步，将搅拌头安装在搅拌摩擦焊接设备上，将待焊接材料固定在所述搅拌摩擦焊接设备的工装上，所述待焊接材料包括后退侧材料和前进侧材料，所述后退侧材料和所述前进侧材料接触处为接缝；

第二步，使所述搅拌头的位置位于焊接的起始位置，并将所述搅拌头上的搅拌针与所述接缝对中；

第三步，将所述搅拌头向所述后退侧材料的一侧偏移一段距离；

第四步，设定焊接的工作参数，所述工作参数包括所述搅拌头的转速和走速；

第五步，所述搅拌头在所述转速下旋转并压入所述待焊接材料，同时所述搅拌头在所述走速下沿平行于所述接缝的方向相对于所述待焊接材料移动，从而对所述待焊接材料进行搅拌摩擦焊接。

进一步地，所述第三步中偏移的所述距离小于所述搅拌针的直径，使所述接缝的底部处于所述搅拌头的搅拌范围内，所述搅拌范围略大于所述搅拌针的直径，与所述搅拌针的长度和几何外形以及所述搅拌头的轴肩半径有关，可以通过对焊缝组织进行金相分析精确地测出。

进一步地，所述转速为300～1500转/分钟。

进一步地，所述走速为60～800毫米/分钟。

进一步地，所述待焊接材料为可热处理强化的铝合金板材。

进一步地，所述搅拌针的直径小于所述搅拌头轴肩直径的50％。

进一步地，所述搅拌摩擦焊接为单道次焊接。

进一步地，所述后退侧材料和所述前进侧材料为异种材料，即所述后退侧材料和所述前进侧材料存在力学差异。

本发明的提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法中，步骤三中的将所述搅拌头向所述后退侧材料的一侧偏移一段距离实际上是引入偏移量。在搅拌摩擦焊接过程中，由于材料的流动和搅拌头的运动，所述前进侧材料受到的挤压摩擦作用要强于所述后退侧材料。如果所述搅拌针不偏移，由于所述后退侧材料和所述前进侧材料为异种材料，即所述焊缝两侧的组织是不对称的，所述前进侧材料的再结晶程度和混合均匀程度均强于所述后退侧材料。引入所述偏移量可以使材料界面进入混合更为充分的所述前进侧材料一边，从而所述前进侧材料和所述后退侧材料在焊核内均受到充分搅拌而混合，最终实现两种材料界面结合强度的提高。

对于不同的待焊接材料和焊接参数，所述偏移量存在差异，针对特定的待焊接材料和焊接参数，所述偏移量存在一个最佳值，可以通过从具有不同偏移量的焊缝上采集拉伸实验样品进行力学性能测试，直接测得或拟合外推得到最佳偏移量。

本发明还提供了一种由上述任意一种方法得到的焊接接头，所述焊接接头的强度为所述待焊接材料中强度相对低的材料的80％～90％。

进一步地，所述焊接接头的延伸率为4％～7％。

本发明的提高异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的方法采用单道次焊接，在不增加工序和能耗的条件下实现了对异种材料搅拌摩擦焊接接头强度和塑性的增强，有效提高了焊接性能。本发明方法得到的焊接接头具有较高的强度和塑性，其强度能够稳定在待焊接材料中强度相对低的材料的80％～90％，延伸率达到了4％～7％。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明