CN107962291A - 一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，包括：对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行电阻加热，使其温度达到500℃，然后采用粒度为20～30μm的冷喷涂颗粒对铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，使铝合金焊接接头处形成厚度为2mm的冷喷涂层；对铝合金焊接接头处的冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，搅拌头长度为2.5mm，焊接速度为30mm/min，焊接转速为500r/min，压入量为0.2mm。本发明不仅可以方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命，而且处理方法简单易实现，处理效果稳定性强、性能可靠，经济实用。

Description

一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及金属材料连接技术领域，尤其涉及一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是英国焊接研究所(The WeldingInstitute)于1991年发明的一种固相焊接技术。它是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头质量高、焊接变形小、残余应力小、焊接过程无污染等优点，是铝、镁等轻合金的优选焊接方法，广泛用于航空航天，轨道运输，海洋船舶等领域。搅拌摩擦焊的焊缝从组织上可分为四种不同的区域：焊核区(Weld Nugget Zone，WNZ)、热机影响区(Thermo-Mechanically Affected Zone，TMAZ)、热影响区(Heat-Affected Zone，HAZ)和轴肩影响区(Should-Affected Zone，SAZ)，这四个区域的组织差异较大，因此这四个区域在耐腐蚀性方面存在较大差异，属于腐蚀敏感区，从而导致了焊接接头的耐腐蚀性下降。
在现有技术中，提高搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的处理方法是在对待焊件进行搅拌摩擦焊后对焊接接头进行热处理。但热处理工艺会受到设备限制，大的结构件无法应用，而且处理过程较为复杂，处理时间较长，升降温过程较难精准控制，因此这种处理方法存在很大的不稳定性。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，不仅可以方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命，而且处理方法简单易实现，处理效果稳定性强、性能可靠，经济实用，因此极具实际应用价值。
一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，包括：对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行电阻加热，使其温度达到500℃，然后采用粒度为20～30μm的冷喷涂颗粒对铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，使铝合金焊接接头处形成厚度为2mm的冷喷涂层；对铝合金焊接接头处的冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，搅拌头长度为2.5mm，焊接速度为30mm/min，焊接转速为500r/min，压入量为0.2mm。
优选地，先对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行喷砂处理，再对铝合金焊接接头进行电阻加热。
优选地，所述的喷砂处理包括：喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.8Mpa。
优选地，所述的电阻加热包括：将铝合金焊接接头的两端接入电源正负极，从而对铝合金焊接接头进行电阻加热，使铝合金焊接接头的温度达到500℃。
优选地，所述的冷喷涂颗粒为纯铝颗粒、2000系列铝合金颗粒、6000系列铝合金颗粒、7000系列铝合金颗粒中的至少一种。
优选地，所述铝合金焊接接头的材料为可热处理强化的2000系列铝合金、6000系列铝合金、7000系列铝合金。
优选地，所述的铝合金焊接接头为传统搅拌摩擦焊焊接接头、双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头、静轴肩搅拌摩擦焊焊接接头中的至少一种。
本发明所提供的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法将冷喷涂表面处理技术应用于铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的保护当中，对电阻加热至500℃的铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，从而在铝合金焊接接头的表面形成一个厚度为2mm的致密保护层(即冷喷涂层)，这能够方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命。由于冷喷涂层与铝合金焊接接头的界面结合基本为机械咬合，这导致了界面强度不高，因此在进行冷喷涂表面处理后，对冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，可使冷喷涂层与铝合金焊接接头的界面结合由机械咬合变为冶金结合，达到提高冷喷涂层与铝合金焊接接头界面结合强度的目的，从而能够大大提高冷喷涂层的力学性能和稳定性，更好地对铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行耐腐蚀保护。可见，本发明不仅可以方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命，而且处理方法简单易实现，处理效果稳定性强、性能可靠，经济实用，因此极具实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1中提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法的工作原理示意图一。
图2为本发明实施例1中提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法的工作原理示意图二。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明中提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其具体包括：对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行喷砂处理，再对铝合金焊接接头进行电阻加热，使其温度达到500℃，然后采用粒度为20～30μm的冷喷涂颗粒对铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，使铝合金焊接接头处形成厚度为2mm的冷喷涂层；对铝合金焊接接头处的冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，搅拌头长度为2.5mm，焊接速度为30mm/min，焊接转速为500r/min，压入量为0.2mm。
其中，该提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法可包括以下内容：
(1)所述铝合金焊接接头为传统搅拌摩擦焊焊接接头、双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头、静轴肩搅拌摩擦焊焊接接头中的至少一种。所述铝合金焊接接头的材料为可热处理强化的2000系列铝合金、6000系列铝合金、7000系列铝合金。在实际应用中，进行搅拌摩擦焊的焊接设备可以采用现有技术中的搅拌摩擦焊设备，并且焊接参数的选择可以根据所焊材料各自物理性能及差异进行选择。
(2)所述的喷砂处理包括：喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.8Mpa，这有助于提高冷喷涂层与焊接接头处的结合强度。
(3)对铝合金焊接接头进行电阻加热，使其温度达到500℃，这可以提高焊接接头处的界面结合强度，使焊接接头处的材料达到一个较为活跃的状态，从而有助于提高冷喷涂层与焊接接头处的结合强度。所述的对铝合金焊接接头进行电阻加热可以包括：将铝合金焊接接头的两端接入电源正负极，从而对铝合金焊接接头进行电阻加热，使铝合金焊接接头的温度达到500℃。
(4)所述的冷喷涂颗粒为纯铝颗粒、2000系列铝合金颗粒、6000系列铝合金颗粒、7000系列铝合金颗粒中的至少一种。
(5)所述的冷喷涂表面处理除了本发明明确要求的技术参数外均可以按照现有技术中的冷喷涂表面处理技术进行。本发明中采用的冷喷涂表面处理工艺是通过预热高压，将粉末粒子以较高速度撞击基体，通过较大的塑性变形沉积于基体表面而形成涂层，具有低成本、快速高效、无氧化、组织均匀、可百分百回收利用等优点。
(6)所述的搅拌摩擦处理(Friction Stir Process，FSP)是现有技术中一种新型优质、绿色的固态表面连接方法，其原理与搅拌摩擦焊完全相同，但其针对的对象不再是焊缝，而是完整的母材。本发明的搅拌摩擦处理除了本发明明确要求的技术参数外均可以按照现有技术中的搅拌摩擦处理进行。本发明中采用的搅拌摩擦处理具有细化晶粒、提高界面结合力、消除铸造缺陷等优点。本发明中对冷喷涂表面处理后的铝合金焊接接头处的冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，能够对冷喷涂层与铝合金焊接接头之间的界面进行组织细化，使其相互之间的结合由机械咬合变为冶金结合，从而提高界面结合力，达到提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性的目的。
具体地，本发明中提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法将冷喷涂表面处理技术应用于铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的保护当中，对电阻加热至500℃的铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，从而在铝合金焊接接头的表面形成一个厚度为2mm的致密保护层(即冷喷涂层)，这能够方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命。由于冷喷涂层与铝合金焊接接头的界面结合基本为机械咬合，这导致了界面强度不高，因此在进行冷喷涂表面处理后，对冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，可使冷喷涂层与铝合金焊接接头的界面结合由机械咬合变为冶金结合，达到提高冷喷涂层与铝合金焊接接头界面结合强度的目的，从而能够大大提高冷喷涂层的力学性能和稳定性，更好地对铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行耐腐蚀保护。
综上可见，本发明实施例不仅可以方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命，而且处理方法简单易实现，处理效果稳定性强、性能可靠，经济实用，因此极具实际应用价值。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生技术效果，下面以具体实施例对本发明中提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法进行详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，用于对6mm厚的2219铝合金焊接接头进行处理，其具体包括以下步骤：
步骤A、对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的2219铝合金焊接接头1进行喷砂处理，喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.8Mpa。其中的搅拌摩擦焊是对6mm厚的2219铝合金焊接接头进行搅拌摩擦焊，焊接速度为100mm/min，搅拌头旋转速度为500r/min，下压量控制为0.2mm。
步骤B、将喷砂处理后的2219铝合金焊接接头1的两端接入电源正负极，从而对2219铝合金焊接接头1进行电阻加热，使其温度达到500℃。
步骤C、采用粒度为20～30μm的纯铝粉末在现有冷喷涂表面处理装置3中对温度达到500℃的2219铝合金焊接接头1进行冷喷涂表面处理，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，使2219铝合金焊接接头1处形成厚度为2mm的冷喷涂层2。
步骤D、采用现有技术中的搅拌摩擦处理设备4对2219铝合金焊接接头1处的冷喷涂层2进行搅拌摩擦处理，搅拌头长度为2.5mm，焊接速度为30mm/min，焊接转速为500r/min，压入量为0.2mm。
综上可见，本发明实施例不仅可以方便有效地提高搅拌摩擦焊焊接接头的耐腐蚀性能，延长搅拌摩擦焊焊接接头的使用寿命，而且处理方法简单易实现，处理效果稳定性强、性能可靠，经济实用，因此极具实际应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括：对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行电阻加热，使其温度达到500℃，然后采用粒度为20～30μm的冷喷涂颗粒对铝合金焊接接头进行冷喷涂表面处理，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，使铝合金焊接接头处形成厚度为2mm的冷喷涂层；对铝合金焊接接头处的冷喷涂层进行搅拌摩擦处理，搅拌头长度为2.5mm，焊接速度为30mm/min，焊接转速为500r/min，压入量为0.2mm。
2.根据权利要求1所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，先对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行喷砂处理，再对铝合金焊接接头进行电阻加热。
3.根据权利要求2所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述的喷砂处理包括：喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.8Mpa。
4.根据权利要求1或2或3所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述的电阻加热包括：将铝合金焊接接头的两端接入电源正负极，从而对铝合金焊接接头进行电阻加热，使铝合金焊接接头的温度达到500℃。
5.根据权利要求1或2或3所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述的冷喷涂颗粒为纯铝颗粒、2000系列铝合金颗粒、6000系列铝合金颗粒、7000系列铝合金颗粒中的至少一种。
6.根据权利要求1或2或3所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述铝合金焊接接头的材料为可热处理强化的2000系列铝合金、6000系列铝合金、7000系列铝合金。
7.根据权利要求1或2或3所述的提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述的铝合金焊接接头为传统搅拌摩擦焊焊接接头、双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头、静轴肩搅拌摩擦焊焊接接头中的至少一种。
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