[发明专利]一种铝与异种金属的厚板搅拌摩擦焊方法

说明书

本发明提供了一种铝与异种金属的厚板搅拌摩擦焊方法，属于焊接技术领域。本发明通控制搅拌针的锥度与外凸铝条的锥度相同并控制外凸铝条的一端宽度比搅拌针根部直径小2～3mm，另一端宽度比搅拌针端部直径小2～3mm，一方面避免了搅拌针直接与铝条两侧界面直接接触，同时降低了两侧界面反应温度和塑性变形程度，抑制界面附近原子扩散速率，从而抑制铝‑异种金属间化合物的形成；另一方面还能保证足够的驱动力，实现破碎的铝条与两侧界面发生一定程度的扩散反应，实现冶金连接。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种铝与异种金属的厚板搅拌摩擦焊方法。

背景技术

铝及铝合金具有导热导电性能好、密度低等特性，广泛用于航空航天领域，为了利用铝的优势，常常需要将铝和其他金属进行焊接，形成铝/异种金属复合结构。

搅拌摩擦焊作为一种固态连接方法，接头热输入低，焊接温度低于母材熔点，有利于连接铝/铜、铝/钛和铝/镁等异种金属。但是，当铝板和异种金属板厚增加时，在铝/异种金属搅拌摩擦焊接头界面位置处，由于铝原子与异种金属原子在大塑性变形及高温条件下相互扩散，仍不可避免会形成较厚的金属间化合物层。这些厚且脆的金属间化合物层与基体之间存在较大的焊接热应力，导致接头在焊后发生开裂，从而无法获得完整的厚板异种金属接头。因此，减少界面金属间化合物厚度成为改善铝/异种金属厚板搅拌摩擦焊接头成形的一条重要途径。

目前普遍采用的解决措施有两种，分别是施加液氮冷却和放置中间层材料。然而，当被焊母材厚度较大时，液氮只能冷却到焊缝外表面，无法冷却到接头内部的界面位置，不能降低界面温度，进而无法抑制界面金属间化合物的形成。另外，中间层材料的添加在厚板搅拌摩擦焊难以实施，这是因为在搅拌针的作用下，刚放置的中间层会被破碎而被搅入焊核区，失去抑制界面金属间化合物的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝与异种金属的厚板搅拌摩擦焊方法，能够减小金属间化合物的厚度，获得完整的厚板异种金属接头。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝与异种金属的厚板搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：

将铝板的待焊接侧加工出若干第一凹槽，得到凹槽铝板；所述第一凹槽的深度独立地为2～4mm；

将异种金属板的待焊接侧加工出若干第二凹槽，得到凹槽异种金属板；所述第二凹槽的深度独立地为2～4mm；

将铝条的两侧分别加工出若干第一外凸和若干第二外凸，得到外凸铝条；所述铝条的锥度与搅拌针的锥度相同；所述外凸铝条的一端宽度比搅拌针根部直径小2～3mm，另一端宽度比搅拌针端部直径小2～3mm；所述铝板、异种金属板和铝条的厚度相同，所述铝板的厚度在9mm以上；

将凹槽铝板、外凸铝条和凹槽异种金属板进行拼接和固定，使得第一凹槽与第一外凸匹配、第二凹槽与第二外凸匹配形成互锁结构，得到拼接板；

使所述拼接板中的铝板位于搅拌针的前进侧，异种金属板位于搅拌针的返回侧，将搅拌针插入铝条的中心处，进行搅拌摩擦焊。

优选的，所述第一凹槽和第二凹槽的形状为平行四边形。

优选的，所述第一凹槽和第二凹槽的侧边与搅拌针的外边缘平行。

优选的，所述第一凹槽和第二凹槽的宽度独立地为2～4mm。

优选的，相邻第一凹槽之间的间距独立地为2～4mm；相邻第二凹槽之间的间距独立地为2～4mm。

优选的，所述异种金属板的材质包括纯镁、镁合金、纯钛、钛合金、纯铜或铜合金；所述铝板和铝条的材质独立地为纯铝或铝合金。

优选的，所述铝板、异种金属板和铝条的厚度为9～30mm。