[发明专利]一种水下搅拌摩擦焊接及焊后热处理的联合工艺方法

说明书

一种水下搅拌摩擦焊接及焊后热处理的联合工艺方法，包含以下步骤：步骤一，采用水下搅拌摩擦焊接设备，将待焊的工件装夹，所采用的水下搅拌摩擦焊接设备包含一设有进水口和出水口的水槽；步骤二，开启进水口注水，当水槽中的水位达到预设高度时，开启出水口，保持水的流动；步骤三，对工件进行水下搅拌摩擦焊接；步骤四，进行焊后热处理。相对于现有的水下搅拌摩擦焊接或者焊后热处理等单一一种改进工艺，本发明的一种水下搅拌摩擦焊接及焊后热处理的联合工艺方法能获得更高的接头性能，属于焊接领域。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及水下搅拌摩擦焊接及焊后热处理的联合工艺。

背景技术

搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)自1991年被发明以来，广泛应用于汽车、飞机、海洋、铁路、航空航天等领域。通常情况下，熔焊过程的温度低于材料的熔点，因此可以避免许多在传统熔化焊中常见的熔焊缺陷，如气孔、脆性和裂纹等。由于与传统焊接方法相比具有许多优点，因此搅拌摩擦焊接接头通常比其他焊接技术具有更好的力学性能。对于沉淀硬化型铝合金，接头强度系数一般在60％～80％之间。由于析出物溶解和粗化在接头的热影响区形成软化区，在该区域发生失效。

为了进一步提高搅拌摩擦焊接接头的强度，许多学者进行了一些不同的尝试，如优化焊接工艺、使用外部冷却液、焊后热处理等。实践证明，焊后热处理可以提高铝合金的接头强度。在一些文献报导中，焊后人工时效、自然时效和焊后T6热处理均能提高焊接头的强度(MaterialsDesign,2013,43:134-143.)。CN 103421943 A提供了提高5052铝合金搅拌摩擦焊接接头性能焊后热处理工艺。CN 101450418 A表明对铝基复合材料搅拌摩擦焊接接头进行焊后热处理也能提高接头强度。

对于FSW接头来说，根据是否进行固溶热处理，FSW接头的焊后热处理可以分为两类：固溶-时效(STA)和焊后直接时效热处理(AA)。STA可以有效恢复沉淀硬化型铝合金接头的强度。但是，STA处理常常会导致晶粒异常长大的发生。晶粒异常长大会严重影响接头的腐蚀性能、疲劳性能和塑性加工能力，限制了拼焊板等工艺的应用。另一方面，FSW后直接AA热处理是否能恢复接头强度取决于接头软化区的组织特征。对于因析出相溶解而形成软化区的接头，焊后AA热处理可提高接头强度。但是当接头的软化区的形成是因为析出相的粗化时，直接时效热处理会进一步恶化接头性能。Mahoney等人(Metallurgical andMaterials Transactions A,1998,29(7):1955-1964.)发现焊后时效热处理(在121℃下24h)降低了AA7075-T651接头的强度和延伸率，Sivaraj也报告了类似的结果(DefenceTechnology,2014,10(1):1-8.)。这是由于在时效热处理过程中析出相和晶粒进一步粗化的结果。有研究指出，空气中制备的7/6系异种铝合金接头断裂在由于析出相粗化而形成的软化区处(Materials,2018,11(3):342.)，因此焊后直接时效热处理非但不能提高接头的强度，反而造成接头性能的恶化。综上所述，应根据接头的组织特征制定适宜的热处理工艺，否则会适得其反。

此外水下搅拌摩擦焊接相对于常规搅拌摩擦焊接能够获得更好的性能。据报导水下搅拌摩擦焊接制备的接头抗拉强度比空气中制备的接头抗拉强度高15％(The Advancesin Joining Technology.Springer,Singapore,2019:71-83.)。针对水下搅拌摩擦焊接这一技术，已有相关的专利文献，如CN 101439439 A。水冷限制了软化区析出相的溶解和粗化，降低了软化区的软化比和软区宽度，从而提高了接头强度。

水下搅拌摩擦焊接和焊后热处理单一一种工艺都能改变接头的组织和性能，但关于两种工艺的联合技术方法未见报导。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种水下搅拌摩擦焊接及焊后热处理的联合工艺方法来提高搅拌摩擦焊接接头的强度。