CN102626824A - 一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法，它涉及一种搅拌摩擦焊加工技术。本发明解决了铝合金板材轻量化问题，在保证同等力学强度前提下其质量最轻，为提高飞机、汽车等结构的轻量化提供了一种新的工艺与思路。将板材放置在工作台上并用夹具装夹固定；搅拌头的搅拌针以100～2400转/分的转速扎入板材表面，保持轴肩端面与工件上表面紧密贴合且有一定的下压力；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50～1500mm/分的速度沿着板材横向方向水平移动，直到板材边缘；依次重复上述工艺过程且保证搅拌头的路径和上一次搅拌摩擦焊的混迹的下边缘尽量重合，以便起到焊核区域良好叠加的效果，直到整个板材处理完成。
Description
技术领域：本实用新型涉及一种摩擦焊工艺方法，尤其是一种一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法。
背景技术：构件轻量化设计是提高性能、节能降耗、减少环境污染的有效途径。在航空航天领域，民用飞机的重量每减少1磅，带来的经济效益是300美元，战斗机为3000美元，而航天器达到30000美元。在汽车行业，汽车自重降低10％，燃油效率就可以提升6～8％，整车重量每减少100公斤，每百公里油耗可降低0.3～0.6升，CO2排放可减少约5克/公里。在当今全球能源危机和环境污染日益加剧的大背景下，提高装备的轻量化意义更显重大。而轻量化的主要途径之一是在保证性能和安全的条件下采用轻质高强的结构材料。众所周知，目前铝合金是在飞机等领域应用比例最多的金属材料，其原因主要是在于它的高比强度、高比刚度等性能。但随着人们对金属结构件轻量化需求的进一步提高，现有的铝合金显得越来越无能为力。
发明内容：本发明为了进一步提高铝合金板材的力学性能以达到迎合国际上呼声越来越高的节能排除的趋势，利用搅拌摩擦焊焊焊核区域的力学性能优于母材的特点，提出一种可制备高力学性能的搅拌摩擦焊加工的工艺方法，该方法为新型高性能材料的制备提供了一种新的工艺与思路。同时，还设计了一种专用的双螺旋搅拌头。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法，其步骤为：
步骤一、将板材放置在工作台上并用夹具装夹固定；
步骤二、双螺旋搅拌头的搅拌针以100～2400转/分的转速扎入板材表面；搅拌针扎入速度为1～4mm/分，搅拌针扎入工件深度比工件厚度小0～0.2mm，保持轴肩端面与工件上表面紧密贴合且有一定的下压力。
步骤三、当双螺旋搅拌头达到设定的下扎深度时，双螺旋搅拌头以50～1500mm/分的速度沿着板材横向方向水平移动，直到板材边缘。
步骤四、依次重复步骤二、三，且保证双螺旋搅拌头的路径和上一次搅拌摩擦焊的混迹的下边缘尽量重合，以便起到焊核区域良好叠加的效果，直到整个板材处理完成。
本发明的有益效果是：使铝合金板材由大量细小的等轴晶组成，大大提高铝合金板材的力学性能与耐腐蚀性能，为飞机、汽车等金属结构件的轻量化提供高性能的金属材料；该方法同样适合于镁合金等轻质金属，为制备新型优质的金属材料提供了一条新的工艺与思路。
附图说明：
图1是制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺过程示意图。
图2是本发明专用的双螺旋搅拌头的结构示意图。
图3是焊核区域截面示意图。
图中1.板材，2.搅拌头，3.搅拌针，4.轴肩端面，5.焊核。
具体实施方式：
如图2所示：轴肩端面4为双螺旋结构，搅拌针3呈锥形，搅拌针的根部直径介于1.3～1.5倍板厚之间且锥角小于2°，以便于扩大焊核区域的面积。
如图1-图3所示：一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法，其步骤为：
步骤一、将板材1放置在工作台上并用夹具装夹固定；
步骤二、双螺旋搅拌头2的搅拌针3以100～2400转/分的转速ω扎入板材1表面；搅拌针3扎入速度为1～4mm/分，搅拌针3扎入工件深度比工件厚度小0～0.2mm，保持轴肩端面4与板材1上表面紧密贴合且有一定的下压力。
步骤三、当双螺旋搅拌头2达到设定的下扎深度时，双螺旋搅拌头2以50～1500mm/分的速度V沿着板材1横向从左向右水平移动，直到板材1右侧边缘。
步骤四、依次重复步骤二、三，保证双螺旋搅拌头的路径和上一次搅拌摩擦焊的混迹的下边缘尽量重合，以便起到焊核区域5良好叠加的效果，直到整个板材处理完成。
Claims (2)
1.一种双螺旋搅拌头，其特征在于：轴肩端面为双螺旋结构，搅拌针呈锥形，搅拌针的根部直径介于1.3～1.5倍板厚之间且锥角小于2°。
2.一种制备高性能铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺方法，其步骤为：
步骤一、将板材放置在工作台上并用夹具装夹固定；
步骤二、双螺旋搅拌头的搅拌针以100～2400转/分的转速扎入板材表面；搅拌针扎入速度为1～4mm/分，搅拌针扎入工件深度比工件厚度小0～0.2mm，保持轴肩端面与工件上表面紧密贴合且有一定的下压力；
步骤三、当双螺旋搅拌头达到设定的下扎深度时，双螺旋搅拌头以50～1500mm/分的速度沿着板材横向方向水平移动，直到板材边缘；
步骤四、依次重复步骤二、三，且保证双螺旋搅拌头的路径和上一次搅拌摩擦焊的混迹的下边缘尽量重合，以便起到焊核区域良好叠加的效果，直到整个板材处理完成。
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Application publication date: 20120808 |