CN103934584B - 一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法，通过在钢板和铝板的搭接部位加入纯锌或者铝锌薄片，通过搅拌摩擦过程中的摩擦和变形产热将薄片熔化，采用纯锌或者铝锌薄片作为铝钢接头的中间过渡层，可以抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物，使得钢板和铝板形成有效的搭接，最后可以获得焊缝成形美观、力学性能优异、强度可靠的铝钢异种材料搭接接头。

Description

一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦焊方法，具体涉及一种用于适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法。
背景技术
搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术，自1991年由英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，TWI)发明以来，由于其具有焊接变形小、残余应力小，接头质量好，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，不产生弧光、烟尘、噪音等污染，同时具有焊接操作简单、便于自动化焊接、焊接效率高等显著优点，搅拌摩擦焊已经在航天、航空、造船、列车、汽车、电力等多个工业制造领域得到广泛应用。近年来，环保问题越来越受到世界各国的重视，汽车工业为了节约燃料、保护环境、不断努力减轻汽车重量，因此对汽车用材料提出了更高的要求。从21世纪初开始，国内外许多研究机构和汽车生产厂家便一直在寻找一种有效的焊接方法来减轻汽车的重量。增加铝材的使用量是其中的重要措施之一，所以在汽车工业生产中，采用钢和铝双金属焊接结构成为汽车轻量化的首选方案，而这当中必然涉及到铝和钢两种异种材料之间的连接。铝钢焊接的主要问题是两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大，并且两者极易反应生成脆性的金属间化合物，这种脆性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性能。当前，铝钢异种材料之间的焊接大体上可将其分为压焊、钎焊和熔焊。但是，压力焊和钎焊方法效率较低，对工件的尺寸和形状有特殊的要求，不适于大批量生产。而熔焊方法中金属间化合物又成为不可避免的附加产物。
发明内容
本发明提供一种用于适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法，解决了铝钢异种材料搭接时由铁铝金属间化合物导致的连接接头脆化、连接强度低以及因热涨系数差异过大而造成的接头失效的问题。
本发明的方法是通过以下步骤实现的：一种用于适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法，如下：
步骤一、将待焊钢板和铝板的接触表面及周围清理干净，去除试件表面的氧化物，并采用酒精或者丙酮擦拭钢板与铝板的表面，去除油污及杂物；
步骤二、根据待焊材料选取厚度范围为0.05mm-0.2mm的纯锌或者铝锌的薄片，根据搅拌头轴肩的直径确定薄片的宽度，薄片的宽度比轴肩的直径大2-5mm，根据钢板和铝板接头的搭接的长度确定薄片的长度；
步骤三、组成铝板在上、钢板在下的搭接接头，薄片处在搭接接头的中间，分别与钢板的上表面和铝板的下表面相接触；
步骤四、选取焊接参数范围为：搅拌针压入量0.05-0.3mm，焊接速度10-1000mm/min，转速200-1500r/min，倾斜角度1-5°，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，一方面通过搅拌头上的搅拌针与钢板进行接触搅拌，形成钢和铝的固相连接，另一方面，利用搅拌头与铝板的摩擦和塑性变形产热，使薄片熔化，在钢板和铝板中间形成自钎焊连接来对搭接接头进行焊接。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的步骤一中，钢板为普通低碳钢或者是低合金钢，铝板为纯铝或者是铝合金。
2、所述的搅拌头的材质为镍基合金、碳化钨钴合金、Wo-Co合金钢或者多晶立方氮化硼，焊具能够重复使用。
本发明具有以下优点：一、本发明是钎焊辅助搅拌摩擦焊方法，通过在钢板和铝板的搭接部位加入纯锌或者铝锌薄片，通过搅拌摩擦过程中的摩擦和变形产热将其熔化，采用锌或者铝锌薄片作为铝钢接头的中间过渡层，可以防止铝和钢之间的直接接触，抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物，使得钢板和铝板形成有效的搭接，最后可以获得焊缝成形美观、力学性能优异、强度可靠的铝钢异种材料搭接接头；二、焊接操作过程简单，能有效缩短焊接周期，易于实现自动化。
附图说明
图1是本发明的钢板、薄片和铝板的放置位置示意图；
图2是钎焊辅助搅拌摩擦焊过程侧视图；
图3是钎焊辅助搅拌摩擦焊过程立体示意图。
具体实施方式
实施例1
结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、利用钢刷将待焊钢板和铝板的接触表面及周围清理干净，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂酒精或者丙酮擦拭钢板与铝板的表面，去除油污等杂物；
步骤二、根据待焊材料选取厚度为0.05mm的纯锌的薄片2，根据搅拌头轴肩的直径确定薄片的宽度，薄片的宽度比轴肩的直径大5mm，根据钢板和铝板接头的搭接的长度确定薄片的长度；
步骤三、组成铝板1在上、钢板2在下的搭接接头，薄片2处在搭接接头的中间，分别与钢板的上表面和铝板的下表面相接触；
步骤四、选取焊接参数范围为：搅拌针5压入量0.05mm，焊接速度10mm/min，转速200r/min，倾斜角度1°，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，一方面通过搅拌头4上的搅拌针5与钢板进行接触搅拌，形成钢和铝的固相连接，另一方面，利用搅拌头与铝板的摩擦和塑性变形产热，使薄片熔化，在钢板和铝板中间形成自钎焊连接来对搭接接头进行焊接。
所述的钢板为普通低碳钢，铝板为纯铝。所述的搅拌头的材质为镍基合金、碳化钨钴合金、Wo-Co合金钢或者多晶立方氮化硼，焊具能够重复使用。
实施例2
步骤一、利用钢刷将待焊钢板和铝板的接触表面及周围清理干净，去除试件表面的氧化物，并采用有机溶剂酒精或者丙酮擦拭钢板与铝板的表面，去除油污等杂物；
步骤二、根据待焊材料选取厚度范围为0.2mm的铝锌的薄片，根据搅拌头轴肩的直径确定薄片的宽度，薄片的宽度比轴肩的直径大2mm，根据钢板和铝板接头的搭接的长度确定薄片的长度；
步骤三、组成铝板在上、钢板在下的搭接接头，薄片处在搭接接头的中间，分别与钢板的上表面和铝板的下表面相接触；
步骤四、选取焊接参数范围为：搅拌针压入量0.3mm，焊接速度1000mm/min，转速1500r/min，倾斜角度5°，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，一方面通过搅拌头上的搅拌针与钢板进行接触搅拌，形成钢和铝的固相连接，另一方面，利用搅拌头与铝板的摩擦和塑性变形产热，使薄片熔化，在钢板和铝板中间形成自钎焊连接来对搭接接头进行焊接。
所述的钢板为低合金钢，铝板为铝合金。所述的搅拌头的材质为镍基合金、碳化钨钴合金、Wo-Co合金钢或者多晶立方氮化硼，焊具能够重复使用。

Claims (1)

1.一种用于适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法，其特征在于，方法如下：
步骤一、将待焊钢板和铝板的接触表面及周围清理干净，去除试件表面的氧化物，并采用酒精或者丙酮擦拭钢板与铝板的表面，去除油污及杂物；
步骤二、根据待焊材料选取厚度为0.05mm的纯锌或者铝锌的薄片，根据搅拌头轴肩的直径确定薄片的宽度，薄片的宽度比轴肩的直径大5mm，根据钢板和铝板接头的搭接的长度确定薄片的长度；
步骤三、组成铝板在上、钢板在下的搭接接头，薄片处在搭接接头的中间，分别与钢板的上表面和铝板的下表面相接触，抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物；
步骤四、选取焊接参数为：搅拌针压入量0.05mm，焊接速度10mm/min，转速200r/min，倾斜角度1°，进行搅拌摩擦焊接，焊接过程中，一方面通过搅拌头上的搅拌针与钢板进行接触搅拌，形成钢和铝的固相连接，另一方面，利用搅拌头与铝板的摩擦和塑性变形产热，使薄片熔化，在钢板和铝板中间形成自钎焊连接来对搭接接头进行焊接；
所述的步骤一中，钢板为普通低碳钢或者是低合金钢，铝板为纯铝或者是铝合金；所述的搅拌头的材质为镍基合金、碳化钨钴合金或者多晶立方氮化硼，焊具能够重复使用。
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