[发明专利]一种适用于钛铝异质材料的插销增强搅拌摩擦点焊方法

说明书

本发明公开了一种适用于钛铝异质材料的插销增强搅拌摩擦点焊方法，采用钻床将3mm的钛板和铝板搭接位置预制直径6mm销孔，其中钛板预制通孔，铝板预制盲孔；用砂纸打磨板材的接触面和孔内侧以及钛销表面，去除表面杂质层，裸露出板材本质原子，销材质与钛板同质，钛销长度大于销孔深1‑2mm；在钛板和铝板点焊搭接位置填加钎料，钎料选取0.1mm钎焊层，均匀铺置钛板和铝板间的销孔及销孔周围，范围一般大于轴肩直径3‑5mm；钛销与销孔配合，将钛销从钛板销孔插至铝板销孔；钛板在上、铝板在下，钛销与搅拌针同轴，采用带有微型搅拌针的搅拌头焊接。本发明优点：缩短焊接时间，提高焊接效率，消除传统搅拌摩擦焊的匙孔和“hook”缺陷，提高结构强度。

技术领域

本发明涉及插销增强复合连接领域，特别是涉及一种钛铝异质材料的插销增强搅拌摩擦点焊方法。

背景技术

随着工业发展的需要，以及节能减排、环境友好型工业进程新需求，对材料结构的性能要求，以及同一结构不同部位不同性能的多材料新结构需求日益增加，尤其对高比强度钛铝异质材料的连接。铝合金在航空航天、汽车工业等的大量使用，能减轻产品结构的质量，对绿色工业的实现具有重要意义。但必要的承力结构依然不能被铝及铝合金代替，这就面临着异质材料的连接及焊接，钛铝异质材料的焊接成为焊接领域亟待解决的关键问题。

众所周知，钛铝异质材料的焊接，采用传统的焊接方法如弧焊(TIG， MIG等)、激光焊、电子束等方法，焊接接头极易产生脆性金属间化合物，造成接头强度不高。因此，对于钛铝异质材料的焊接结构工业应用极为不利，也大大阻碍了产品轻量化设计的进行。

当下较先进的固相焊接技术如搅拌摩擦焊技术，对铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金等焊接取得很大的成果与突破，由于搅拌摩擦焊焊接过程中，焊缝材料不发生熔化而大大降低了金属间化合物的产生，从而提高了焊接接头抗拉强度。但对于钛铝异质材料的焊接，由于两种材料本身化学成分差异明显，且导热、硬度、韧性等性能差异较大，在搅拌摩擦焊接过程中，依然较难实现高强度异质材料焊接接头(特别是铝合金和钛合金)。并且，对于搭接点焊接头独特的焊接接头形式，将铝合金置于上部，钛合金置于下部实现搭接焊接接头的搅拌摩擦焊焊接技术同样难以实现钛铝异质材料高强度搭接点焊接头。其原因在于：铝合金硬度低，在搅拌头轴肩的摩擦挤压下很容易软化，有针搅拌头焊后匙孔对铝板减薄严重造成接头强度低，同时易产生“hook”缺陷，恶化接头强度；无针搅拌磨擦焊难以实现钛板在下、铝板在上的钛铝搭接接头界面有效结合，且大量钛铝金属间化合物影响接头强度；因此有人提出钎焊辅助搅拌摩擦焊，在传统搅拌摩擦焊的基础上，增加了钎焊层，阻隔钛铝接触形成钛铝金属间化合物，同时增大了接头承力面积，提高了接头强度，但有针搅拌头点焊搭接结构依然存在“hook”缺陷，并且虽然接头强度有所提高，但依然不理想。综上所述提高钛铝异质材料搭接点焊接头需要解决以下问题：一、克服有针搅拌头在搭接点焊结构中产生的匙孔；二、消除有针搅拌头搭接点焊结构的“hook”缺陷；三、降低脆性钛铝金属间化合物的生成；四、提高钛铝搭接点焊结构强度。

基于上述问题，要实现钛铝异质材料搭接点焊接头，需要改进现有焊接方法，才能实现钛铝异质材料搭接点焊接头。本发明的关键创新在于，采用插销增强搅拌摩擦点焊方法实现钛铝异质材料搭接焊接接头；带微型搅拌针的搅拌头和插销结合使用，消除传统搅拌摩擦焊的匙孔和“hook”缺陷，且很大程度提高了结构强度。该方法能达到较高强度的搭接点焊结构如本实施例中的铝合金与钛合金(TC4)搭接点焊结构形式，具有巨大工业应用价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于钛铝异质材料的插销增强搅拌摩擦点焊方法。