[发明专利]一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法

说明书

本发明公开了一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其步骤为：将洁净的聚丙烯板材固定在工作台上；在聚丙烯板材待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；将洁净的铝合金板材放置在聚丙烯板材上并固定；使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。该方法结构简单便捷，能够有效解决铝合金与聚丙烯等非极性聚合物异种接头焊接效率低的问题。

技术领域

本发明涉及异种材料的焊接领域，具体为一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法。

背景技术

近年来，节能减排、绿色环保的发展理念对制造业提出了越来越高的要求，绿色制造被提上日程。工程轻量化是实现绿色制造的重要手段之一，如在汽车行业，车身重量每减轻100千克，每行驶一千米可减少二氧化碳排放量8.5 克。聚丙烯在汽车轻量化中应用越来愈越多，将其与铝合金连接可进一步扩大其在汽车行业的应用。搅拌摩擦焊接技术是由英国焊接研究所在1991年针对铝合金开发的一种新颖的固态焊接技术，其具有焊接过程简单、焊接效率高、成本小、污染小的特点，是一种绿色的焊接技术，在航空航天、机车制造、建筑能源、船舶等领域有着广泛的应用，其也是一种在铝合金和聚丙烯连接中有着巨大应用前景的工艺。

聚丙烯属于非极性高分子材料，其与金属的连接过程中不能像极性高分子材料那样成键，目前对于铝合金与聚丙烯的搅拌摩擦焊接的改进方法主要有两类：一类是对铝合金表面进行粗化处理，以增大焊接过程中与聚丙烯的接触面积；另一类是对聚丙烯表面进行放电等处理，使其表面产生极性官能团。但是这两种方法均存在焊接过程复杂的问题，同时焊接过程中搅拌针很难扎入位于下方的聚丙烯板材表面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其目的在于提高焊接效率，获得优质焊接接头。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，包括如下步骤：

（1）将洁净的聚丙烯工件安装在工作台上，并用夹具固定；

（2）通过铣刀在聚丙烯工件待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；

（3）将洁净的铝合金工件放置在聚丙烯工件上并用夹具固定；

（4）使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。

较佳的，凹槽深度为h，h=（0.2~0.6）H，凹槽宽度为d，d=（0.8~1.1）D，H为聚丙烯工件厚度，D为搅拌针直径。

较佳的，搅拌头直径为20 mm，搅拌针直径D=4~6 mm，搅拌针长度为l，l=L+（1~1.2）h，其中，L为铝合金工件厚度，h为凹槽深度。

较佳的，粉体为氧化铝颗粒或碳纳米管中任意一种。

与现有技术相比，本发明所述方法能够有效地提高铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接效率并获得优质焊接接头。开槽加粉的方式，一方面可以使搅拌针扎入位于下方的聚丙烯中，另一方面通过搅拌针与凹槽中的粉体及凹槽边缘聚丙烯的接触可以增加焊接过程中向聚丙烯板材的热输入，提高焊接效率。

附图说明

图1为本发明的整体工艺示意图，其中：1为聚丙烯工件，2为凹槽，3为铝合金工件，4为搅拌头。