[发明专利]摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法

权利要求书

1.一种摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、确定钢板(1)和铝板(2)接头的搭接面积，在钢板(1)上搭接部分的中心线处开设方形槽(1-1)；

步骤二、将待焊钢板(1)和铝板(2)的接触表面及周围20mm～30mm范围内清理干净；

步骤三、采用有机溶剂擦拭机械处理过的钢板(1)和铝板(2)的表面；

步骤四、将方形槽(1-1)中均匀填满一定比例的粉状Fe2O3、铝末及粉状火药的混合物(3)；

步骤五、将处理好的钢板(1)和铝板(2)按照铝板(2)在上、钢板(1)在下的搭接形式组合，并装卡固定好；

步骤六、对钢板(1)与铝板(2)进行搅拌摩擦焊：选取适当的焊接参数进行搅拌摩擦焊，焊接过程中，使搅拌针(4)的端部始终保持在方形槽(1-1)上表面以下深度，搅拌头(5)的轴肩与铝板(2)摩擦及铝板(2)塑性变形产生的热量传导至混合物(3)处，引燃火药并触发铝末和Fe₂O₃发生铝热反应，火药燃烧及铝热反应从一端迅速蔓延至另一端，使得钢板(1)软化，铝热反应产物中的Fe下沉至方形槽(1-1)的槽底与钢结合，随着搅拌头(5)向前行进，在热机耦合作用下，铝板(2)材料处于微熔状态，向下流动填充空隙并与钢板(1)结合，从而获得铝/钢搅拌摩擦搭接接头。

2.根据权利要求1所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤一中的钢板(1)为普通低碳钢或低合金钢，铝板(2)为纯铝或铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤一中的方形槽(1-1)的槽深为0.1mm～0.3mm、槽宽大于搅拌针(4)的直径1mm～2mm。

4.根据权利要求3所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤一中的方形槽(1-1)的槽深为0.2mm、槽宽大于搅拌针(4)的直径1.5mm。

5.根据权利要求1所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤二中采用电动钢丝刷或砂布去除试件表面的氧化物。

6.根据权利要求1所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤三中有机溶剂为酒精或丙酮。

7.根据权利要求1所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤四中混合物(3)中的粉状Fe₂O₃与铝末质量比为3:2.5，火药所占混合物(3)的比例≤10％，其中粉状Fe₂O₃为纯度≥99.0％的分析纯Fe₂O₃，铝末为经铣削剥离后捻碎的金属颗粒，颗粒尺寸小于10μm，火药按照质量百分含量由75％硝酸钾、15％木炭和10％硫磺组成。

8.根据权利要求1所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤六中搅拌头(5)的材质为镍基合金、碳化钨钴合金或多晶立方氮化硼。

9.根据权利要求8所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤六中的搅拌头(5)扎入速度为4mm/min～6mm/min，搅拌头(5)扎入到深度H为h+(0.05mm～0.2mm)处时，停留2s～10s，待搅拌头(5)与铝板(2)摩擦及铝板塑性变形产生的热量引燃火药，继而触发铝热反应，其中h为铝板(2)的厚度。

10.根据权利要求9所述的摩擦形变触发自蔓延辅助铝/钢搅拌摩擦搭接方法，其特征在于：所述步骤六中的搅拌头(5)扎入速度为5mm/min，搅拌头(5)扎入到深度H为h+0.1mm处时，停留5s，待搅拌头(5)与铝板(2)摩擦及铝板塑性变形产生的热量引燃火药，继而触发铝热反应。