CN101648318A - 异种材料静水压力摩擦焊接方法 - Google Patents

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余少军
王忠平
陈永平
赵增化
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Abstract

本发明公开了一种静水压力摩擦焊接制造方法。其目的是解决变形抗力差别较大的异种材料摩擦焊接时，由于低变形抗力材料的塑性变形失稳而导致的焊接压力远低于设定值，难以采用强规范作业，甚至使焊件的性能和形状产生破坏性变化等问题。其具体步骤是：采用高强度材料制造筒型对开式静水压力装置；将焊件置于其中，并使焊件外伸长度为Ls；采用强规范进行摩擦焊接。静水压力摩擦焊接拓展了变形抗力差别较大的异种材料成型机制，能够使摩擦面的温度真正降低到脆性化合物的生成温度以下，从而有效地抑制了脆性化合物的生成。使接头的拉伸强度σb达到母材的98％以上，弯曲角α达到180°，电阻率ρ与母材的相当。

Description

异种材料静水压力摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及材料加工工程中的焊接成型与控制技术，特别涉及变形抗力差别较大的异种材料的摩擦焊接制造技术。
背景技术
异种材料摩擦焊接，若采取热激活为主机械激活为辅的低压力/高转速/长时间的弱规范(以下简称弱规范)作业时，多元组份常在摩擦焊接面处扩散、聚集，极易生成脆性化合物，使焊件的强韧性能降低；若采取机械激活为主热激活为辅的高压力/低转速/短时间的强规范(以下简称强规范)作业时，虽具备抑制脆性化合物的成型机制条件，但因焊接压力常高于低变形抗力材料的屈服极限，使之产生塑性变形失稳，这既改变了焊件的尺寸和形状，又使实际作用到摩擦焊接面上的压力低于摩擦焊接压力设定值，摩擦焊接过程控制实际上归于失败。
公知的采用模子封闭加压的摩擦焊接方法，由于拘束了低变形抗力材料的径向塑性变形，因而基本能够满足变形抗力差别不大的异种材料(比如：结构钢/高速钢)的摩擦焊接要求，但由于不能拘束其它方向的塑性变形，难以采用强规范实现变形抗力差别较大的异种材料(比如：铜T1～3/铝L1～4，铝L1～4/Q235，WCu70/铜T2Y，TiAL合金/钢42CrMo等)的摩擦焊接。
发明内容
为了克服现有采用模子封闭加压摩擦焊接异种材料时的弱规范局限带来的焊接质量不高，尤其不能实现变形抗力差别较大的异种材料的摩擦焊接等不足，本发明提供一种静水压力摩擦焊接方法。其基本原理是，当焊件各个方向受到几乎相等的拘束应力时，低变形抗力材料即处于静水压力状态而使之得到拘束强化，从而可以避免低变形抗力材料的塑性变形失稳及其由此产生的焊接压力和焊件尺寸精度降低等问题，为强规范作业奠定了基础。
本发明解决技术问题所采取的方案是：采用变形抗力比焊件高的材料制造静水压力装置，该装置一端敞开，其余能够包复焊件。摩擦焊接时，装置敞开端的焊件受到自拘束，其余部份受到装置拘束，从而呈现静水压力状态，即使低变形抗力材料的圆周和轴向均受到高于其屈服极限σs的等静压力，为强规范作业创造了条件。具体步骤如下：
(1).确定焊件的轴向缩短量(摩擦变形量和顶锻变形量)Ls
(2).采用高强度材料制造筒型对开式静水压力装置。
(3).将焊件置于静水压力装置中，并使焊件的Ls外伸于装置敞开端。
(4).采用强规范实施摩擦焊接。
本发明的有益效果是：拓展了变形抗力差别较大的异种材料强规范摩擦焊接成型机制，能够使摩擦面的温度真正降低到脆性化合物的生成温度以下，从而有效地抑制了脆性化合物，保证异种材料摩擦焊接头与母材等强等韧。
下面结合实施方式对本发明作进一步说明
具体实施方式
实施例1：￠140纯铝L2/钢Q235电解冶金电极。Q235的Ls可以忽略不计，焊件的Ls为21mm。将L2安装在￠140的筒型对开式工装中，外伸21mm，并在摩擦焊机移动夹具中夹紧；将Q235在旋转夹具中夹紧。采用强规范参数：摩擦压力P1＝42MPa、摩擦时间tf＝7s、顶锻压力P2＝63MPa、保压时间td＝6s、摩擦速度v＝2.7m/s。焊后检测，接头拉伸强度σb＝78MPa，弯曲角α＝180°。
实施例2：￠58的铜T2/铝L2导电杆。L2的Ls为6mm，T2的Ls为3mm。将L2安装在筒型对开式工装中，外伸6mm，在移动夹具中夹紧；将T2安装在另一工装中，外伸3mm，在旋转夹具中夹紧。采用的强规范参数：摩擦压力P1＝70MPa、摩擦时间tf＝6s、顶锻压力P2＝176MPa、保压时间td＝3s、摩擦速度v＝0.363m/s。焊后检测，接头拉伸强度σb＝98MPa，电阻率ρ＝2.7×10-6Ω.cm。
实施例3：￠55的铜T2Y/钨铜粉末冶金WCu70导体。T2Y的Ls为5mm，WCu70的Ls为0.5mm。将T2Y安装在筒型对开式工装中，外伸5mm，在移动夹具中夹紧；将Wu70安装在另一工装中，外伸0.5mm，在旋转夹具中夹紧。采用的强规范参数：摩擦压力P1＝20MPa、摩擦时间tf＝4s、顶锻压力P2＝90MPa、保压时间td＝3s、摩擦速度v＝4.3m/s。焊后检测，接头拉伸强度σb＝314MPa，电阻率ρ＝3.74×10-6Ω.cm。

Claims (1)

  1. 一种静水压力摩擦焊接制造方法，包括以下步骤：
    (1)测定焊件在摩擦焊接条件下的轴向缩短量Ls。
    (2)采用高强度材料制造筒型对开式静水压力装置。
    (3)将焊件置于静水压力装置中，并使焊件外伸长度为Ls。
    (4)将静水压力装置分别在旋转和移动夹具中夹紧。
    (5)采用强规范进行摩擦焊接。
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