CN105014228A - 铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头及制造方法 - Google Patents

铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头及制备方法，所述的搅拌头包括夹持部位（1），其特征是所述的夹持部件（1）连接有过度轴肩（2），过度轴肩（2）连接有轴肩（3），轴肩（3）上加工形成有搅拌针（4），且过度轴肩（2）直径应为轴肩（3）直径的2~2.5倍。本发明解决了1mm厚铝合金板材搅拌摩擦连接区宽度不超过2mm，且搅拌针部位不出现粘着母材现象。连接板材变形小，连接板材底部被连接透彻，整体性能远比一般搅拌头连接性能增强。

Description

铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头及制造方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接技术，尤其是一种适用1mm及以下厚度铝合金薄板搅拌摩擦连接用的搅拌头及制造方法，其主要解决1mm厚铝合金板材搅拌摩擦连接区宽度不超过2mm，且搅拌针部位不出现粘着母材现象，以提高连接区质量，具体地说是一种铝合金薄板搅拌摩擦连接区用搅拌头及制造方法。
背景技术
目前关于1mm铝合金搅拌摩擦连接技术报道较少，极个别的企事业单位研究了1mm铝合金搅拌摩擦连接工艺，但是连接区的宽度都在10mm以上，这严重损害了连接区的性能，无法促进搅拌摩擦连接技术的发展和应用。本发明基于这种原因，从搅拌摩擦连接关键部件进行研究分析，设计制造出了一款能够连接1mm厚铝合金板材的搅拌头，其连接区宽度仅2mm，而且还能够连接透整个板材底部，大大提高了连接区质量，同时搅拌摩擦连接后连接变形较小。因此，本发明具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的针对现有的1毫米及以下薄板铝合金搅拌摩擦焊过程中质量不稳定且连接区宽度过大的问题，设计一种铝合金薄板搅拌摩擦连接区用搅拌头，同时提供这种搅拌头的制造方法，以解决长期以来存在的1mm厚铝合金连接不透的问题，同时又保证连接区宽度不超过2mm，连接区力学性能得到大大提高。
本发明的技术方案之一是：
一种铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头，它包括夹持部位1，其特征是所述的夹持部件1连接有过度轴肩2，过度轴肩2连接有轴肩3，轴肩3上加工形成有搅拌针4，且过度轴肩2直径应为轴肩3直径的2~2.5倍。
所述的轴肩3的直径2mm，搅拌针4直径为1mm，搅拌针4的高度为0.9mm。
本发明的技术方案之二是：
一种铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，使用Cr62钢棒材进行锤锻，形成轴肩3、搅拌针4和过度轴肩2，过度轴肩2直径应为轴肩3直径的2~2.5倍；
其次，对捶打部位进行热处理，使其硬度为：65~68HRC，多冲韧性为：10000~12000次。
第三，利用钨铼合金刀具对热处理后的轴肩3及搅拌针4进行车削；
第四，对车削后的轴肩3和搅拌针4要进行电镀；电镀时先利用手锉和砂纸去除轴肩3和搅拌针4表面杂质，然后用酒精冲洗，最后用吹风机吹干进行下述电镀：
在轴肩3和搅拌针4表面先电镀一层厚度在0.02~0.04mm的钛；再镀一层厚度为0.02~0.04mm钴；
最后外表面再镀一层厚度为0.05~0.07mm钨，以保证轴肩3和搅拌针4的韧性和硬度；
第五，对电镀后的搅拌针4表面进行抛光，使其表面粗糙度Ra≤3.2微米。
所述的搅拌针抛光用材料为抛光布，该抛光布由帆布和均匀铺设在帆布表面的由人造金刚石小颗粒（质量百分比55~60%、碳化硼（1000目以上，质量百分比30~35%）、石蜡（质量百分比5~8%）、洋油（质量百分比2~5%）、松节油（质量百分比1~2%）和余量固化剂搅拌均匀后的磨料组成；抛光时还应不停地向搅拌头4抛光位置喷洒添加石墨的乳化液，以降低搅拌头4抛光热和起润滑作用，抛光最终达到镜面程度，目的防止搅拌针4搅拌摩擦连接过程中容易粘着母材，以致影响连接区质量。
本发明的有效结果：
本发明设计制造出的一款搅拌头，其可以对1mm铝合金板材进行搅拌摩擦连接，且连接区宽度仅为2mm，连接区力学性能得到大大提高，连接板材变形小，连接板材底部被连接透彻，整体性能远比一般搅拌头连接性能增强，因此，本发明实用价值高。
附图说明
图1是本发明设计制造出的搅拌头示意图。
图1（a）是本发明搅拌头的正视图。
图1（b）是本发明的搅拌头从底向上看时（仰视）结构示意图。
图中：1为夹持部位、2为过度轴肩、3为轴肩、4为搅拌针。
图2为普通搅拌头和本发明搅拌头连接的连接区照片。
图2（a）是普通搅拌头加工的连接区实拍照片。
图2（b）是本发明搅拌头加工的连接区实拍照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种适用1mm厚铝合金薄板搅拌摩擦连接用的搅拌头，主要包括夹持部位1、过度轴肩2、轴肩3、搅拌针4组成，如图1所示，该搅拌头的制备方法如下：
所述的搅拌头使用材料为Cr62钢，在制作搅拌头之前对搅拌头轴肩3和搅拌针4部位进行锤锻，使其锤锻后直径为圆直径的1/3~2/5，再对捶打部位进行热处理，获得较高的硬度（65~68HRC），多冲韧性（10000~12000次），然后再利用钨铼合金合金刀具车削搅拌头轴肩3和搅拌针4，使得搅拌头轴肩3的直径为2mm，搅拌针4的直径为1mm，搅拌针4的高度为0.9mm。
对搅拌头车过度轴肩2，其目的就是缓冲扭矩力，保证搅拌针4不易折断。过度轴肩2直径应为轴肩3直径的2~2.5倍。
对搅拌头的轴肩3和搅拌针4部位要进行电镀，电镀时先利用手锉和砂纸去除轴肩3和搅拌针4表面杂质，然后用酒精冲洗，最后用吹风机吹干进行下述电镀。在轴肩3和搅拌针4表面先电镀一层很薄的钛（其厚度控制在0.02~0.04mm），然后镀一层钴（其厚度控制在0.02~0.04mm），最后外表面镀一层钨（其厚度控制在0.05~0.07mm），保证轴肩3和搅拌针4有很强的韧性和硬度。
对电镀后的搅拌针4需要对表面进行抛光，抛光所使用的材料为特制抛光布，即在具有弹性和一定硬度的帆布一面均匀铺有人造金刚石小颗粒（55~60%）、碳化硼（1000目以上，30~35%）、石蜡（5~8%）、洋油（2~5%）、松节油（1~2%）和固化剂搅拌均匀后固结在帆布上。然后将固结后的帆布安放在两个转筒之间，将电镀后的搅拌针4平放在固结后帆布上进行抛光，抛光时还应不停向搅拌头4抛光位置喷洒添加石墨的乳化液，降低搅拌头4抛光热和起润滑作用，抛光最终达到镜面程度，目的放置搅拌针4搅拌摩擦连接过程中容易粘着母材，以致影响连接区质量。
如图2所示，为选用普通的搅拌头和本发明搅拌头进行搅拌摩擦连接获得的连接区照片，明显本发明的连接区效果好，且连接区较窄，通过力学性能测试实验，结果显示本发明的搅拌头连接的连接区性能大于普通搅拌头连接的连接区性能的30~45%。 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头，它包括夹持部位（1），其特征是所述的夹持部件（1）连接有过度轴肩（2），过度轴肩（2）连接有轴肩（3），轴肩（3）上加工形成有搅拌针（4），且过度轴肩（2）直径应为轴肩（3）直径的2~2.5倍。
2.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是所述的轴肩（3）的直径2mm，搅拌针（4）直径为1mm，搅拌针（4）的高度为0.9mm。
3.一种权利要求1所述的搅拌头的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，使用Cr62钢棒材进行锤锻，形成轴肩（3）、搅拌针（4）和过度轴肩（2），过度轴肩（2）直径应为轴肩（3）直径的2~2.5倍；
其次，对捶打部位进行热处理，使其硬度为：65~68HRC，多冲韧性为：10000~12000次；
第三，利用钨铼合金刀具对热处理后的轴肩（3）及搅拌针（4）进行车削；
第四，对车削后的轴肩（3）和搅拌针（4）要进行电镀；电镀时先利用手锉和砂纸去除轴肩（3）和搅拌针（4）表面杂质，然后用酒精冲洗，最后用吹风机吹干进行下述电镀：
在轴肩（3）和搅拌针（4）表面先电镀一层厚度在0.02~0.04mm的钛；再镀一层厚度为0.02~0.04mm钴；
最后外表面再镀一层厚度为0.05~0.07mm钨，以保证轴肩（3）和搅拌针（4）的韧性和硬度；
第五，对电镀后的搅拌针（4表面进行抛光，使其表面粗糙度Ra≤3.2微米。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的搅拌针抛光用材料为抛光布，该抛光布由帆布和均匀铺设在帆布表面的由人造金刚石小颗粒（质量百分比55~60%）、碳化硼（1000目以上，质量百分比30~35%）、石蜡（质量百分比5~8%）、洋油（质量百分比2~5%）、松节油（质量百分比1~2%）和余量固化剂搅拌均匀后的磨料组成；抛光时还应不停地向搅拌头（4）抛光位置喷洒添加石墨的乳化液，以降低搅拌头（4）抛光热和起润滑作用，抛光最终达到镜面程度，目的防止搅拌针（4）搅拌摩擦连接过程中容易粘着母材，以致影响连接区质量。
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