CN107052562A - 摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料工程领域，涉及一种摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，具体包括以下步骤，先准备好符合要求的铝方杆和铸钢件，并对其进行简单加工，然后分别将其加持到对应夹具上，并且确保两个工件在同一轴线上，进一步的铝方杆和铸钢件进入摩擦和顶锻过程，加工过程都具有合适的工艺参数，最后焊接结束，得到铝钢过渡焊块。该方法可获得飞边成型美观、焊合区性能良好和同轴度精度较高的焊块。

Description

摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，属于材料工程领域。

背景技术

异种材料焊接的问题与同种材料焊接相比，有较大的不同，比同种材料焊接难度要高。异种材料的焊接性主要取决于两种材料的冶金相溶性、物理性、表面状态等，两种材料的这些性能差异越大焊接性能越差，目前国内和国际上解决铝和钢的焊接如果通过熔焊的焊接方式来解决的话，是没有合适的方法可行的，主要的原因是形成脆性物质，成型的焊口没有实际的意义。

铝合金和钢的电阻率、热导率、熔点等热物理性能差异很大，且两者之间的固溶度较低，容易在界面生成脆性的反应层。目前工业应用中，钢铝的连接多采用铆接，螺栓连接等机械连接方法，这种接头质量大，主要应用于搭接接头。也可以采用固相焊接，例如爆炸焊或扩散焊等，但这些方法主要应用于厚板的连接，难以利用于汽车使用的薄板中。

摩擦焊是一种金属固相热压焊方法，是一种高质量、高效率、无毒无害的自动化与半自动化的焊接方法，目前无法实现自由选择接头方式以及任意体积(比如大端面)的焊接，并且具有飞边缺陷。

摩擦过程初期，由于待焊工件表面相互作用着较大的摩擦压力和具有很高的相对运动速度，两侧金属表面伴随着强烈的摩擦搅动、机械挖掘现象，破坏金属表面的氧化层，并在随后的摩擦进给和顶锻作用中挤出界面；在摩擦焊接机械作用条件下，异种金属接触表面及表面近区所产生的高温和强烈的塑性变形使该区金属原子处于高度激活状态，从而导致摩擦焊接传质过程具有快速、短时、扩散显著的特征。接头组织处Fe和A1相互扩散，扩散层非常明显。在旋转摩擦焊过程中，焊件端面温度达到了金属再结晶温度，此时端面金属的原子活性不断增加，当增加到一定程度时，此时焊件端面材料，处于塑性状态，施加一个顶端力，材料产生塑性变形，端面表面原子在压力作用下，向金属内部扩散，从而形成拥有“共同晶粒”的焊接接头。

发明内容

本发明的目的在于提出一种摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，该方法可获得飞边成型美观、焊合区性能良好和同轴度精度较高的焊块。

本发明所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，具体包括以下步骤，

步骤一，材料准备：横截面为正方形的铝方杆，切割成固定长度，并且一端加工倒角；铸造生产端面为正多边形的铸钢件，铸钢件的一面进行初加工，切除铸造毛边，表面粗糙度达到规定要求；

步骤二，将铝方杆和铸钢件进行上料加持，铝方杆加持在水平移动夹具上，铸钢件加持在旋转夹具上，并且保证铝方杆和铸钢件处于同一轴线上；

步骤三，利用专业摩擦焊机，铝方杆带有倒角的一端持续向旋转的铸钢件进给，铸钢件的旋转速度是固定的；当铝方杆与铸钢件摩擦到达一定温度时，进入顶锻过程；

步骤四，停止为铸钢件提供旋转动力，跟进的铝方杆水平快速进给，旋转的铸钢件在摩擦力的作用下转速逐渐降为零，实现刹车制动，此时顶锻压力维持在一定数值，并且维持一定的时间，时间到达要求后焊接过程结束；

步骤五，取下焊接成品件，完成过渡焊块的焊接。

本焊接方法可以实现两种异性材料的立方体与立方体的直接连接。

优选的，所述的铝方杆横截面的正方形边长为130mm-180mm，固定长度范围为100mm-300mm。

优选的，所述的铸钢件的端面为正八边形。

优选的，所述的铸钢件端面的内切圆直径为183mm-255mm，铸钢件的厚度为40-90mm。

优选的，所述的铸钢件的表面粗糙度为Ra6.3-Ra0.8。

优选的，所述的铸钢件的旋转速度为70r/min-350r/min。

优选的，所述的铝方杆与铸钢件摩擦达到的温度为180℃-400℃。

优选的，所述的顶锻维持的压力值为1200KN-4400KN。

优选的，所述的顶锻压力维持的时间为7s-36s。

优选的，所述的步骤三和步骤四中的铝方杆的进给速度为0.5mm/s-5mm/s。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

(1)接头质量好，焊接过程不发生熔化，接头为锻造组织，因此焊缝不会出现气孔(材料流动不充分而导致焊缝内部形成材料未闭合的现象)、偏析和夹杂，裂纹等铸造组织的结晶缺陷；

(2)接头性能稳定，采用摩擦焊实现铝方杆与八方铸块直接连接，生产出焊接接头力学性能大于铝母材强度的焊块；

(3)用时短，效率高，可在流水线上生产，是其它焊接方法如熔焊、钎焊不能相比的；

(4)节能、节材、低耗，所需功率是传统焊接工艺的1/5～1/15，并且不需焊条、焊剂、钎料、保护气体，不需填加金属，也不需消耗电极等；

(5)环保，无污染，焊接过程不产生烟尘或有害气体，不产生飞溅，没有孤光和火花，没有放射线；

(6)接头成型连续、均匀、美观并且同轴度精度较高。

附图说明

图1摩擦焊生产铝钢过渡焊块结构示意图；

图2焊块拉伸试验结果示意图；

图3焊块接缝示意图。

图中：1、旋转夹具；2、铸钢件；3、铝方杆；4、水平移动夹具；A、顶锻顶进方向；B、拉伸前；C、室温下拉伸；D、315℃下拉伸；E、365℃下拉伸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如图1，本发明所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，具体包括以下步骤：

步骤一，材料准备：横截面为正方形的铝方杆3，正方形边长为130mm，切割成固定长度，长度为150mm，并且一端加工倒角；铸造生产端面为正八边形的铸钢件2，正八边形的内切圆直径为220mm，铸钢件2的厚度为70mm，铸钢件2的一面进行初加工，切除铸造毛边，表面粗糙度达为Ra4；

步骤二，将铝方杆3和铸钢件2进行上料加持，铝方杆3加持在水平移动夹具4上，铸钢件2加持在旋转夹具1上，并且保证铝方杆3和铸钢件2处于同一轴线上；

步骤三，利用专业摩擦焊机，铝方杆3带有倒角的一端持续向旋转的铸钢件2进给，进给速度为5mm/s，铸钢件2的旋转速度为200r/min；当铝方杆3与铸钢件2摩擦温度达到250℃时，进入顶锻过程；

步骤四，停止为铸钢件2提供旋转动力，沿顶锻顶进方向A，铝方杆3水平快速进给，进给速度为5mm/s，旋转的铸钢件2在摩擦力的作用下转速逐渐降为零，实现刹车制动，此时顶锻压力为3000KN，并且维持16s，然后焊接过程结束；

步骤五，取下焊接成品件，完成过渡焊块的焊接。

依据本发明所述的方法生产的铝钢过渡焊块具有较强的抗拉强度和较好的抗折载荷，根据试验结果显示，拉伸前B与室温下拉伸C、315℃下拉伸D、365℃下拉伸E形成对比，三种温度下进行拉伸试验，该铝钢过渡焊块断裂的位置均在焊块的铝质母材部分而非焊接位置，如图2；并且焊块的焊接接缝位置成型连续、均匀，没有飞边，如图3。

Claims (10)

1.一种摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：具体包括以下步骤，

步骤一，材料准备，横截面为正方形的铝方杆(3)，切割成固定长度，并且一端加工倒角；铸造生产端面为正多边形的铸钢件(2)，铸钢件(2)的一面进行初加工，切除铸造毛边，表面粗糙度达到规定要求；

步骤二，将铝方杆(3)和铸钢件(2)进行上料加持，铝方杆(3)加持在水平移动夹具(4)上，铸钢件加持在旋转夹具(1)上，并且保证铝方杆(3)和铸钢件(2)处于同一轴线上；

步骤三，利用专业摩擦焊机，铝方杆(3)带有倒角的一端持续向旋转的铸钢件(2)进给，铸钢件(2)的旋转速度是固定的；当铝方杆(3)与铸钢件(2)摩擦到达一定温度时，进入顶锻过程；

步骤四，停止为铸钢件(2)提供旋转动力，跟进的铝方杆(3)水平快速进给，旋转的铸钢件(2)在摩擦力的作用下转速逐渐降为零，实现刹车制动，此时顶锻压力维持在一定数值，并且维持一定的时间，时间到达要求后焊接过程结束；

步骤五，取下焊接成品件，完成过渡焊块的焊接。

2.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铝方杆(3)横截面的正方形边长为130mm-180mm，固定长度范围为100mm-300mm。

3.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铸钢件(2)的端面为正八边形。

4.根据权利要求1或3所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铸钢件(2)端面的内切圆直径为183mm-255mm，铸钢件(2)的厚度为40-90mm。

5.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铸钢件(2)的表面粗糙度为Ra6.3-Ra0.8。

6.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铸钢件(2)的旋转速度为70r/min-350r/min。

7.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：铝方杆(3)与铸钢件(2)摩擦达到的温度为180℃-400℃。

8.根据权利要求1所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：顶锻维持的压力值为1200KN-4400KN。

9.根据权利要求1或8所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：顶锻压力维持的时间为7s-36s。

10.据权利要求1或2所述的摩擦焊生产铝钢过渡焊块的方法，其特征在于：步骤三和步骤四中的铝方杆(3)的进给速度为0.5mm/s-5mm/s。