[发明专利]一种用于铝-铜异种金属物混合连接的搅拌头及焊接工艺

说明书

本发明涉异种金属焊接领域，具体为一种用于铝‑铜异种金属物混合连接的搅拌头及焊接工艺。该搅拌头的搅拌针为圆柱状搅拌针，焊接过程中搅拌针边缘轮廓线与异种金属界面相切，搅拌针完全置于铝侧，且使铝合金位于后退侧。搅拌针带动铝侧金属流动且在挤压作用下铜侧金属发生原位变形使内部金属暴露出来，铜的内部金属与铝侧流动金属发生原子间接触，并在摩擦热以及挤压力的作用下扩散作用，最终实现冶金结合。搅拌针不直接作用在铜侧，从而避免了铝、铜之间的混合。

技术领域

本发明属于焊接技术，具体涉及一种用于铝-铜异种金属物混合连接的搅拌头及焊接工艺。

背景技术

异种金属焊接相比于同种金属的焊接而言存在很大的困难，与同种金属的焊接不同的是，在进行异种金属焊接时，需要考虑这两种金属各自的特性以及这两种异种金属之间的冶金相容性、物理状态相似性、表面的张力状态等多方面因素。异种金属之间的电阻率、热膨胀系数、热导率以及熔点等存在很大的差异，而由于这种差异的存在，在焊接异种金属时，会产生与母材差异很大的区域，这些区域的存在会在很大程度上降低焊接接头的性能，除此之外，焊接过程中很容易出现脆性金属间化合物，最终导致异种金属的焊接相对比较复杂。

搅拌摩擦焊接方法是一种固态塑化连接技术，自问世以来，搅拌摩擦焊在低熔点金属，尤其是铝合金的焊接领域获得广泛的应用。与其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊接技术有下列特点：不产生熔化焊接缺陷、焊接变形小、操作简单、适用于多种材料和接头形式。搅拌摩擦焊具有许多熔化焊接方法无可比拟的优势，特别是它在焊接过程中焊缝金属不熔化即可形成焊缝，其特定的金属塑化温度小于一般金属的熔点，甚至小于一般的金属间化合物形成温度，能够很好的控制焊缝热影响区以及金属间化合物的形成。

中国专利(101758329A)公开了一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法。该焊接方法主要是在焊接过程中对搅拌头进行偏置，其搅拌头偏置距离为搅拌针轴线与铜铝金属板接缝的距离，其值为搅拌头的搅拌针直径的0.1～0.5倍，其主要目的是减少焊缝中金属间化合物的形成，改善接头强度，但是由于其在焊接时，搅拌头的偏置距离≤搅拌针的半径值，也即是在焊接过程中总有一部分的异种金属在搅拌头的搅拌作用下发生搅拌混合，并在一定的温度下形成金属间化合物，影响接头强度。

中国专利(102794562A)则提出了一种适用于铝合金和铜合金连接的反应搅拌摩擦焊接方法。该焊接方法主要是通过控制待焊接头界面温度，使其保持在570～580℃，搅拌头搅拌，使得该温度下的液化的金属间化合物被打碎而均匀的分散在待焊接头各区域，液相具有较好的流动性且由于毛细管效应填充待焊接头间隙，减小待焊接头材料偏析、孔洞等缺陷，从而改善接头性能，但是，在这个焊接方法中存在两个难点，首先是焊接过程中待焊接头界面处的570～580℃的温度对于金属间化合物较好，但是对于被焊接的铝材而言，由于该温度较高，高于理想的塑化状态温度，可能会导致焊接缺陷；其次，对于搅拌摩擦焊接而言，很难将液相的金属间化合物打碎并均匀的弥散分布在焊接接头中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于铝-铜异种金属物混合连接的搅拌头及焊接工艺。

实现本发明目的技术方案如下：

一种用于铝-铜异种金属无混合连接的搅拌头，包括夹持端、轴肩搅拌针，轴肩设置有同心圆花样，且搅拌针为圆柱状。

进一步的，搅拌针长度小于板厚0.3-0.5mm。

进一步的，搅拌头旋转速度在400-700rpm之间，焊接速度在40-80mm/min之间，搅拌头倾角为1-2.5°之间。

一种用于铝-铜异种金属无混合连接的搅拌头的焊接工艺，该工艺步骤如下：

步骤1：清洗异种金属板材并固定板材；