CN104139239A - 一种t型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法 - Google Patents

一种t型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法 Download PDF

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杨素媛
刘冬冬
王扬卫
程兴旺
王富耻
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    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1225—Particular aspects of welding with a non-consumable tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys

Abstract

本发明提供一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，具体过程为：焊前用酒精将待焊镁合金型材的油污清洗干；在镁合金筋板两侧，装配形状与其板材形状相吻合的一对辅助垫块；在筋板的辅助垫块上安装几何尺寸相同的两块镁合金作为壁板，在壁板两侧装配辅助垫块；利用工装，将壁板的辅助垫块、三块待焊镁合金型材和筋板的辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上；搅拌摩擦焊机主轴旋转并逐渐插入壁板和筋板型材的一个对接面，停留一段时间，水平移动开始焊接，到达终点后焊接结束，抽出搅拌头；对另一个对接面进行并列焊接，两次焊缝中心间距为筋板的厚度。

Description

一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域，具体涉及一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法。
背景技术
镁合金具有比强度和比刚度高，尺寸稳定性好，减振性、导热性、铸造性和可切削加工性良好等优异特点，是目前工业应用中最轻的金属结构材料和特殊用途的功能材料。目前在航空航天、舰船、轨道交通的设计和建造中需用到大量的型材，而目前广泛应用的型材是T型型材，通常用于机身、壳板、舱室等位置。它的应用可减少零件的数量、降低重量和提高服役寿命。
目前T型接头主要通过手工电弧焊和挤压实现。手工电弧焊通常采用埋弧焊和CO2气体保护焊，通过从接头两侧顺序焊接实现。但手工电弧焊的缺陷明显：焊缝坡口大、焊前需预热、熔覆金属多，焊接变形和应力大、接头质量低、工序复杂。挤压成型是通过大型挤压设备对预制板材的挤压，使其发生塑性变形从而得到设计要求的部件，通常适用于厚度小于4mm的T型件成型。而T型件厚度的增加会对挤压设备性能要求过高，从而不能采用挤压方法成型。
发明内容
针对现有镁合金T型接头连接强度较低的问题，本发明的目的在于提供一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，具体过程为：
(1)焊前用酒精将待焊镁合金型材的油污清洗干净，避免污染物在焊接过程进入焊缝；
(2)在镁合金筋板两侧，装配形状与其板材形状相吻合的一对辅助垫块；
(3)在筋板的辅助垫块上安装几何尺寸相同的两块镁合金作为壁板，在壁板两侧装配辅助垫块，保证筋板和两壁板的上表面均位于同一平面；
(4)利用工装，将壁板的辅助垫块、三块待焊镁合金型材和筋板的辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上；
(5)搅拌摩擦焊机主轴旋转并逐渐插入壁板和筋板型材的一个对接面，停留一段时间，水平移动开始焊接，到达终点后焊接结束，抽出搅拌头，完成对接面的并列焊接；
(6)对另一个对接面进行并列焊接，焊接方式和步骤(5)相同，两次焊缝中心间距为筋板的厚度，如图1所示。
进一步地，本发明步骤(2)和(3)中所述的壁板和筋板的厚度不同，筋板的厚度为5-30mm。
进一步地，本发明步骤(5)和(6)中所述的壁板和筋板对接面上的并列焊接为对接形式。
进一步地，本发明步骤(5)和(6)中所使用的搅拌头的几何尺寸相同，搅拌头为双凹圆形状，搅拌针为右旋螺纹型。
有益效果
一、搅拌摩擦焊焊接温度较熔化焊低，热影响区小，工件的残余应力和变形更小。
二、搅拌焊接接头的力学性能好，不易出现熔化焊中裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
三、搅拌摩擦焊可以实现T型等全位置焊接，对材料的厚度适应性更强。
四、相比熔化焊和挤压成型，搅拌摩擦焊效率更高，成本更低。
附图说明
图1为T型型材搅拌摩擦焊的焊接示意图。
图2为T型镁合金型材搅拌摩擦焊接头的焊缝宏观形貌。
图3为T型镁合金型材搅拌摩擦焊接头的整体宏观图。
图4为T型镁合金型材搅拌摩擦焊接头的横截面微观组织图。
具体实施方式
为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。
实施例1
对12mm厚AZ31镁合金进行搅拌摩擦T型焊，两块壁板的尺寸为290mm×115mm×12mm，筋板的尺寸为290mm×230mm×12mm，母材(镁合金)的抗拉强度为268MPa。所用搅拌头轴肩为双凹圆环形状，直径为24mm；搅拌针为锥形右旋的螺纹形，直径5～7mm，长度为11.7mm。将三块待焊板材利用辅助垫块对接固定在垫板上，然后利用工装，将壁板的辅助垫块、三块待焊镁合金型材和筋板的辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上。开始焊接时，搅拌头以插入速度20mm/min插入壁板和筋板的对接面，轴肩下压量为0.2mm，停留2s；开始移动，保持搅拌头的旋转速度为400r/min，焊接速度为100mm/min；搅拌头移动停止后，停留2s搅拌头抽出，焊接结束。在另一对接面进行并列焊接，所用焊接参数与前面相同，两次焊缝中心间距为筋板的厚度。焊接结束从而得到镁合金搅拌摩擦T型焊的完整焊缝，如图2-4所示。
焊接接头表面成形良好，没有大的变形，无明显的缺陷；按照GB/2651-2008将实施例制得的焊接接头加工成拉伸试样3个，将试样进行准静态拉伸实验；经准静态拉伸力学性能测试可知：接头抗拉强度为218.4MPa，达到母材强度的81.5％，伸长率10％，焊接质量良好，断口位于壁板的中心。
实施例2
对8mm厚AZ31镁合金进行搅拌摩擦T型焊，两块壁板的尺寸为230mm×90mm×8mm，筋板的尺寸为230mm×180mm×8mm，母材的抗拉强度为268MPa。所用搅拌头轴肩为双凹圆环形状，直径为22mm；搅拌针为锥形右旋的螺纹形，直径3～5mm，长度为7.7mm。将三块待焊板材利用辅助垫块对接固定在垫板上，然后利用工装，将壁板的辅助垫块、三块待焊镁合金型材和筋板的辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上。开始焊接时，搅拌头以插入速度20mm/min插入壁板和筋板的对接面，轴肩下压量为0.2mm，停留2s；开始移动，保持搅拌头的旋转速度为400r/min，焊接速度为80mm/min；搅拌头移动停止后，停留2s搅拌头抽出，焊接结束。在另一对接面进行并列焊接，所用焊接参数与前面相同，两次焊缝中心间距为筋板的厚度。焊接结束从而得到镁合金搅拌摩擦T型焊的完整焊缝。
焊接接头表面成形良好，没有大的变形，无明显的缺陷；按照GB/2651-2008将实施例制得的焊接接头加工成拉伸试样3个，将试样进行准静态拉伸实验；经准静态拉伸力学性能测试可知：接头抗拉强度为196.6MPa，达到母材强度的73.4％，焊接质量良好，断口位于二次焊缝的前进侧。
搅拌摩擦焊相比于前两种方法有着不可比拟的优势：热影响区组织变化小，残余应力和变形小，无需焊丝和保护性气体，工序简单，可以实现大厚度尺寸型材的焊接。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种T型镁合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，具体过程为：
(1)焊前用酒精将待焊镁合金板材的油污清洗干净；
(2)在镁合金筋板两侧，装配形状与其板材形状相吻合的一对辅助垫块；
(3)在筋板的辅助垫块上安装几何尺寸相同的两块镁合金作为壁板，在壁板两侧装配辅助垫块，保证筋板和两壁板的上表面均位于同一平面；
(4)利用工装，将壁板的辅助垫块、三块待焊镁合金型材和筋板的辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上；
(5)搅拌摩擦焊机主轴旋转并逐渐插入壁板和筋板型材的一个对接面，停留一段时间，水平移动开始焊接，到达终点后焊接结束，抽出搅拌头，完成对接面的并列焊接；
(6)对另一个对接面进行并列焊接，焊接方式和步骤(5)相同，两次焊缝中心间距为筋板的厚度。
2.根据权利要求1所述的T型镁合金的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中所述的壁板和筋板的厚度不同，筋板的厚度为5-30mm。
3.根据权利要求1所述的T型镁合金的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤(5)和(6)中所述的壁板和筋板对接面上的并列焊接为对接形式。
4.根据权利要求1所述的T型镁合金的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤(5)和(6)中所使用的搅拌头的几何尺寸相同，搅拌头为双凹圆形状，搅拌针为右旋螺纹型。
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