CN107457480A - 一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法 - Google Patents

一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，属于焊接技术领域。技术要点为：母材表面预处理；硬质高熔点金属搭接表面毛化处理：通过对硬质高熔点金属搭接表面进行毛化处理，使硬质高熔点金属的搭接表面均匀分布细小的凹凸结构，增加搭接表面粗糙度；焊接方法：焊接时将软质低熔点金属与硬质高熔点金属组成软质低熔点金属在上、硬质高熔点金属在下的搭接接头，焊接参数为：搅拌套扎入最大扎入深度位于硬质高熔点金属搭接表上表面0.05mm‑0.2mm，中间停留一定时间；进行回填式搅拌摩擦点焊。本发明用于异种材料回填式搅拌摩擦点焊中，具有增加回填式搅拌摩擦点焊接头强度的优点。

Description

一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊 接头强度的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种回填式搅拌摩擦点焊方法，具体涉及一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
随着全球资源供应与环境保护的日趋严峻，轻量化设计越来越受到人们的关注，采用镁、铝和钢、钛的异种金属复合结构可以有效减重实现轻量化目标。然而，镁、铝与钢、钛物理化学性能方面存在较大的差异，采用传统熔化焊方法焊接时难以避免脆性金属间化合物的形成，易出现气孔、裂纹缺陷。回填式搅拌摩擦点焊是在搅拌摩擦点焊基础上发展的一种新型固相连接技术，该方法可以有效抑制脆性金属间化合物生成并避免出现气孔裂纹等焊接缺陷，在实现异种材料连接具有很大的优势。但是，镁、铝等软质低熔点金属与钢、钛等硬质高熔点金属在物理性能和力学性能上存在很大差异，采用常规思路使回填式搅拌摩擦点焊焊具扎入硬质高熔点金属中一方面对焊具材料提出了很高的要求；另一方面容易引起焊具磨损严重，导致接头结合面积不够，结合强度不高。原因在于：采用常规思路使用回填式搅拌摩擦点焊焊接时，焊具无法扎入到硬质高熔点金属中，因而导致接头结合面积不过，结合强度不高。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明的目的是提供一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，解决现有的常规思路开展软质低熔点金属和硬质高熔点金属回填式搅拌摩擦焊导致接头结合面积不够、结合强度低的问题。
本发明提供了一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，具体为：
步骤一，母材表面预处理：搭接表面打磨，去除试件表面氧化膜；擦拭打磨的表面，去除油污；
步骤二，硬质高熔点金属搭接表面毛化处理：通过对硬质高熔点金属搭接表面进行毛化处理，使硬质高熔点金属的搭接表面均匀分布细小的凹凸结构，增加搭接表面粗糙度；
步骤三，焊接方法：回填式搅拌摩擦点焊分为扎入阶段、中间停留阶段，回填阶段和撤离阶段；具体为：焊接时将软质低熔点金属与硬质高熔点金属组成软质低熔点金属在上、硬质高熔点金属在下的搭接接头，焊接参数为：搅拌套扎入最大扎入深度位于硬质高熔点金属搭接表上表面0.05mm-0.2mm，中间停留一定时间；进行回填式搅拌摩擦点焊，一方面焊接时的压力和产热在界面处形成固相连接，另一方面，利用软质低熔点金属的在焊接时塑性流动，使软质低熔点金属与毛化的硬质高熔点金属搭接表面的凹凸结构相结合，形成机械连接。
进一步地：所述步骤一中，使用丙酮擦拭打磨的表面，去除油污。
进一步地：所述毛化处理方式为激光毛化、电子束毛化、电火花毛化、喷砂毛化或喷丸毛化，增加硬质高熔点金属搭接表面的粗糙度，促进机械连接。
进一步地：所述步骤三中，焊接参数：转速为900rpm-3000rpm，扎入回填速度为0.5mm/s-2.5mm/s，可焊接的参数范围大。
进一步地：所述步骤三中，中间停留时间为1s-4s，促进接头固相连接，同时增强材料塑形流动，使接的机械连接更为紧密。
有益效果：
一、本发明提出硬质高熔点金属表面毛化辅助回填式搅拌摩擦点焊，利用硬质高熔点金属表面毛化增加粗糙度，通过回填式搅拌摩擦点焊过程中接头上板软质低熔点金属塑性流动与下板硬质高熔点金属凹凸表面结合，增大有效连接面积从而提高接头强度；二、与现有搅拌摩擦点焊接技术相比，焊具不与硬质高熔点材料接触，不需要特殊的焊具材质，工具钢即可，从而可降低焊具成本；三、焊接过程操作简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明硬质高熔点金属表面毛化回填式搅拌摩擦点焊异种金属搭接点焊接头示意图；
图2是硬质高熔点金属搭接表面毛化效果示意图；
图3是焊接过程示意图；
图4是焊接时搅拌套最大扎入位置示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例1：如图1-图4所示，本实施例是通过以下步骤实现的：一、将待焊软质低熔点金属(铝、镁等)上下表面和硬质高熔点金属(钢、钛等)搭接表面使用砂纸打磨干净，去处表面氧化膜；二、采用丙酮擦拭预处理后的表面，去处油污和金属粉尘；三、将硬质高熔点金属(钢、钛等)搭接表面进行毛化处理，增加硬质高熔点金属表面的粗糙度，使硬质高熔点金属的搭接表面均匀分布细小的凹凸结构；四、将软质低熔点金属(铝、镁等)和硬质高熔点金属(钢、钛等)组成软质低熔点金属在上、硬质高熔点金属在下的搭接接头，焊接参数为：搅拌套扎入深度位于硬质高熔点金属搭接上表面0.05-0.2mm，转速900-3000rpm，扎入回填速度0.5mm/s-3mm/s，中间停留时间1-4s。进行回填式搅拌摩擦点焊，一方面通过焊接时的产热和压力在界面处形成固相连接，另一方面，利用软质低熔点金属在焊接时塑性流动与毛化的硬质高熔点金属搭接表面凹凸结构相结合形成机械连接，增加有效结合面积提高接头强度并减小焊具磨损，实现软质低熔点金属和硬质高熔点金属的回填式搅拌摩擦点焊。所述软质低熔点金属可以为纯铝，硬质高熔点金属可以为低合金钢。
实施例2：本实施例与实施例1步奏和参数相同，不同是：软质低熔点金属还可以为铝合金，硬质高熔点金属为低碳钢
实施例3：本实施例与实施例1步骤和参数相同，不同是：上板软质低熔点金属为镁合金，下板硬质高熔点金属为低碳钢。
实施例4：本实施例与实施例1步骤和参数相同，不同是：上板软质低熔点金属为铝合金，下板硬质高熔点金属为钛合金。
实施例5：本实施例与实施例1步骤和参数相同，不同是：上板软质低熔点金属为镁合金，下板硬质高熔点金属为钛合金。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，其特征在于，具体方法为：
步骤一，母材表面预处理：搭接表面打磨，去除试件表面氧化膜；擦拭打磨的表面，去除油污；
步骤二，硬质高熔点金属搭接表面毛化处理：通过对硬质高熔点金属搭接表面进行毛化处理，使硬质高熔点金属的搭接表面均匀分布细小的凹凸结构，增加搭接表面粗糙度；
步骤三，焊接方法：回填式搅拌摩擦点焊分为扎入阶段、中间停留阶段，回填阶段和撤离阶段；具体为：焊接时将软质低熔点金属与硬质高熔点金属组成软质低熔点金属在上、硬质高熔点金属在下的搭接接头，焊接参数为：搅拌套扎入最大扎入深度位于硬质高熔点金属搭接表上表面0.05mm-0.2mm，中间停留一定时间；进行回填式搅拌摩擦点焊，一方面焊接时的压力和产热在界面处形成固相连接，另一方面，利用软质低熔点金属的在焊接时塑性流动，使软质低熔点金属与毛化的硬质高熔点金属搭接表面的凹凸结构相结合，形成机械连接，实现软质低熔点金属和硬质高熔点金属的回填式搅拌摩擦点焊。
2.根据权利要求1所述的一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，其特征在于，所述步骤一中，使用丙酮擦拭打磨的表面，去除油污。
3.根据权利要求2所述的一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，其特征在于，所述毛化处理方式为激光毛化、电子束毛化、电火花毛化、喷砂毛化或喷丸毛化。
4.根据权利要求3所述的一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，其特征在于，所述步骤三中，焊接参数：转速为900rpm-3000rpm，扎入回填速度为0.5mm/s-2.5mm/s。
5.根据权利要求4所述的一种增加软质金属和硬质金属异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头强度的焊接方法，其特征在于，所述步骤三中，中间停留时间为1s-4s。
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