[发明专利]一种添加高熵合金辅助搅拌摩擦焊接方法、接头及应用

说明书

本发明公开了一种添加高熵合金辅助搅拌摩擦焊接方法、接头及应用，包括以铝板为搭接底板，镁板为搭接上板的搭接板材，所述铝板表面加工多个盲孔组，所述盲孔组由多个呈对数螺旋线形状的盲孔组成，所述盲孔内加入高熵合金粉末，采用搅拌头对所述搭接板材进行搅拌摩擦焊接，所述的高熵合金粉末为AlCoCrFeNi。与传统的搭接焊技术相比较，采用本方降低了铝镁异种材料焊接过程中金属间化合物的生成同时增强了搅拌区内金属的流动，有效提高了焊接接头的强度。该焊接过程操作简单，在有效改善结构性能组织的同时不用增加焊接周期。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种添加高熵合金辅助搅拌摩擦焊接方法、接头及应用。

背景技术

近年来由于机械轻量化的发展，镁和铝合金不可避免地需要被焊接在一起。熔化焊是如今工业领域应用最广的焊接方式，但由于镁铝合金的物理化学性能差异较大，不适合以熔化焊的方式焊接。搅拌摩擦焊接技术是英国焊接研究所在1991年发明的一种新型固相连接技术。该技术能有效减少传统熔化焊中产生的气孔和夹杂物，具有接头变形小、焊接过程自动化、接头质量高等特点。同时于其他焊接工艺相比搅拌摩擦焊接过程中热输入较低，可有效减少金属间化合物的生成，现广泛应用于镁、铝等异种材料焊接领域。

搅拌摩擦焊可以实现对接、搭接（包括点焊和线焊）等形式的焊接。近年来，搅拌摩擦搭接焊作为搅拌摩擦焊接的重要形式之一，其技术已经愈发成熟且在工程领域得到了越来越广泛的应用，但是如何提升搭接接头性能一直是热门的研究方向。对于异种材料搭接焊而言，由于在焊接过程中热输入的存在会不可避免地导致异种材料间反应，这会在焊缝处产生金属间化合物。研究表明，对于铝镁搅拌摩擦搭接焊而言，在焊接过程中会产生絮状（Al₁₂Mg₁₇）金属间化合物和条带状（Al₃Mg₂）金属间化合物。若不添加中间层以降低金属间化合物的生成会严重影响搅拌区内金属的流动，从而影响焊接接头力学性能。

常见的改善铝镁搭接焊的方法是在焊接时在镁铝中添加锌层来阻隔铝镁的反应，但这种引入锌层焊接方法不可避免地增加了搭接件厚度，严重影响了工件在实际服役过程中的精度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种添加高熵合金辅助搅拌摩擦焊接方法、接头及应用。

一种添加高熵合金辅助搅拌摩擦焊接方法，包括以铝板为搭接底板，镁板为搭接上板的搭接板材，所述铝板表面加工多个盲孔组，每个所述盲孔组由多个呈对数螺旋线形状的盲孔组成，所述盲孔内加入高熵合金粉末，采用搅拌头对所述搭接板材进行搅拌摩擦焊接，所述的高熵合金粉末为AlCoCrFeNi。

进一步的，相邻两个盲孔组之间间隔4mm，所述盲孔组内的相邻两个盲孔间隔1~2mm布设，所述盲孔的形状为圆柱体，盲孔的直径为2mm，盲孔深度为1mm；所述搅拌摩擦焊接包括至少一道次的搅拌摩擦焊接。

进一步的，所述搅拌摩擦焊接包括焊接方向相同的第一道次焊接和第二道次焊接，第一道次焊接和第二道次焊接间隔4~6mm。

进一步的，所述的AlCoCrFeNi的粒度范围为15~20μm。

进一步的，所述搅拌头对所述搭接板材进行搅拌摩擦焊接时，压入搭接上板0.1~0.3mm，搅拌摩擦焊接速度30mm/min，转速为750r/min，搅拌头的倾斜角为2°，所述倾斜角指搅拌头的轴线与垂直于搭接上板的垂线之间的夹角。

进一步的，所述镁板与铝板的厚度相同，均为3~5mm。

进一步的，所述搅拌头包括连接的轴肩和搅拌针，轴肩直径为16~20mm，搅拌针直径为3.5～6.5mm，搅拌针长度小于搭接板材的总板材厚度。

具体的，包括以下步骤：

步骤一、打磨待焊铝板和镁板的表面，所述的镁板为AZ系镁合金，铝板为纯铝或铝合金；