[发明专利]一种改变摩擦界面的厚板铝镁异种材料搅拌摩擦焊方法

说明书

本发明公开了一种改变摩擦界面的厚板铝镁异种材料搅拌摩擦焊方法，具体包括如下步骤：一，将铝板和镁板分别铣削出相匹配的对接面，并用砂纸将铝板和镁板的表面打磨，去除氧化膜后用丙酮清理油污杂质；二，将铝板和镁板按照对接面相对位置固定于夹具上，在对接面的上方固定设置铺垫层；三，搅拌头的搅拌针与铺垫层接触并进行搅拌摩擦焊。本发明的通过改变轴肩下方摩擦界面抑制铝与镁在高温下形成低熔点共晶，同时将轴肩下方高温的塑性纯铝或铝合金在搅拌针螺纹作用下传递到厚板底部，能减小厚板方向上温度差异，明显改善厚板铝/镁异种搅拌摩擦焊成形效果。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊的技术领域，特别是涉及一种改变摩擦界面的厚板铝镁异种材料搅拌摩擦焊方法。

背景技术

在全球能源危机加剧的大环境下，在航空航天、汽车工业领域对材料轻量化的需求也日益增大。铝合金和镁合金是目前最轻的两种金属结构材料，其中镁合金的密度仅为1.74-1.90g/cm³，还具有抗震性高、易回收等优点。铝合金和镁合金之间的连接在发挥这两种金属性能优势的同时，还能实现轻量化的需求，已经成为当前的一个研究热点。采用传统熔焊方法连接厚板铝合金与镁合金时易产生气孔、夹杂、热裂纹以及大量的金属间化合物等缺陷。

搅拌摩擦焊作为一种固态连接方法，其利用了高速旋转的搅拌针与工件摩擦产生的热量使工件达到塑性状态，在搅拌针的挤压作用下，塑性金属逐渐填充空腔，最终形成一条无缺陷的焊缝。因此搅拌摩擦焊对于铝/镁合金的连接具有明显的优势。然而，针对厚板铝/镁搅拌摩擦时容易出现焊缝上部温度高极易形成低熔点共晶，但焊缝底部温度较低不足以达到可靠的冶金结合问题[Xu et al.Formation Investigation of IntermetallicCompounds of Thick Plate Al/Mg Alloys Joint by Friction Stir Welding[J].Materials，2019(12):2661.]。

目前解决的办法主要采用外部辅助加热(电阻加热、激光加热和火焰加热等)来提高焊缝底部温度，促进焊缝金属流动。但是外部辅助加热仅能改善焊缝底部温度低的状况，无法解决焊缝上部出现的低熔点共晶问题，导致现有的方法仍无法有效实现厚板铝/镁异种材料之间的连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种改变摩擦界面的厚板铝镁异种材料搅拌摩擦焊方法，以解决上述现有技术存在的问题，使厚板异种材料的焊接成形效果得以改善，避免焊缝上出现低熔点共晶问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种改变摩擦界面的厚板铝镁异种材料搅拌摩擦焊方法，具体包括如下步骤：

步骤一，将铝板和镁板分别铣削出相匹配的对接面，并用砂纸将所述铝板和所述镁板的表面打磨，去除氧化膜后用丙酮清理油污杂质；

步骤二，将所述铝板和所述镁板按照对接面相对位置固定于夹具上，在所述对接面的上方固定设置铺垫层；

步骤三，搅拌头的搅拌针与所述铺垫层接触并进行搅拌摩擦焊。

优选的，所述铝板替换为铝合金板，所述镁板替换为镁合金板。

优选的，所述铝板和所述镁板的厚度为10-30mm。

优选的，所述铺垫层的材质为纯铝或铝合金，所述铺垫层为板材或颗粒物。

优选的，所述铺垫层铺设或者冷喷于所述对接面的上方，铺设的所述铺垫层的厚度为3-4mm，冷喷的所述铺垫层设置于所述对接面上的凹槽内且厚度为0.3-0.5mm。

优选的，冷喷所述铺垫层的颗粒尺寸为10-50μm，冷喷用的加速气体为压缩氮气，所述压缩氮气的温度为250℃、压强为3.5×10⁶Pa，冷喷用的喷嘴距离所述对接面30mm。