CN108581174A - 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法 - Google Patents

一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108581174A
CN108581174A CN201711403740.XA CN201711403740A CN108581174A CN 108581174 A CN108581174 A CN 108581174A CN 201711403740 A CN201711403740 A CN 201711403740A CN 108581174 A CN108581174 A CN 108581174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
stirring
head
mixing needle
shaft shoulder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711403740.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108581174B (zh
Inventor
刘存励
陈科
刘立峰
贾慎锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Shanghai Heda Auto Accessory Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Shanghai Heda Auto Accessory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University, Shanghai Heda Auto Accessory Co Ltd filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201711403740.XA priority Critical patent/CN108581174B/zh
Publication of CN108581174A publication Critical patent/CN108581174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108581174B publication Critical patent/CN108581174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • 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
    • B23K20/1245—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 characterised by the apparatus
    • B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法，所述搅拌头包括轴肩以及设置在轴肩底部中央并向下凸起的搅拌针，所述轴肩的材质为模具钢，所述搅拌针的材质为高强合金，焊接时，将上层金属和下层金属按技术要求叠放，然后将搅拌头高速下压，当搅拌针即将穿透上层金属时，降低下压速度，以低速下压，直至焊接完成。与现有技术相比，本发明使用的复合型搅拌头，即搅拌针和轴肩配合，轴肩可以使用成本较低、质地相对较软的钢材制作，而仅有搅拌针部分需要使用成本较高的超高强度合金材料制作，整体成本大大降低，而且焊接质量不会下降；另外，由于焊接的第一阶段下压可以使用较高的下压速度，整体焊接的时间效率大大提高。

Description

一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法。
背景技术
搅拌摩擦焊接是一种于1991年在英国发明的固相焊接技术，被广泛运用于铝、镁等轻金属的连接之中。它拥有许多传统焊接方法无法比拟的优点，比如材料兼容性好，接头力学性能佳、鲜有缺陷，无需保护气及焊料，节能环保等。
运用搅拌摩擦点焊连接两种性质差别较大的材料，尤其是当其中一种材料硬度较高时，搅拌头的搅拌针部分很容易在长期使用中产生磨损，目前主流的方法是使用超高硬度的材料，如钨铼合金，碳化钨钴合金，但用这些材料制造搅拌头成本非常高，在工业生产的实际应用中，即使使用超高硬度的搅拌头焊接上述异种材料，在长期使用后搅拌头磨损状况也会比较严重，所以整体更换成本非常高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种焊接效果好且成本低的用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，该搅拌头用于搅拌摩擦焊接上层金属和下层金属，所述上层金属和下层金属的材质不同，所述搅拌头包括轴肩以及设置在轴肩底部中央并向下凸起的搅拌针，所述轴肩的材质为模具钢，所述搅拌针的材质为高强合金。在保证焊接质量的同时，减少了高强合金的用量，降低了成本。
所述搅拌针的材质为钨铼合金或碳化钨钴。
所述上层金属为轻金属，所述下层金属的硬度大于上层金属。
所述搅拌针凸出轴肩的厚度比上层金属的厚度小0～0.2mm。
一种利用如上所述搅拌头进行异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法，包括以下步骤：将上层金属和下层金属按技术要求叠放，然后将搅拌头高速下压，当搅拌针即将穿透上层金属时，降低下压速度，以低速下压，直至焊接完成。
本发明所述焊接方法的原理如下：在焊接的第一阶段下压中，搅拌针与较软的上层金属接触，因此即使采用较高的下压速度也不易造成搅拌针材料磨损，而在这一阶段累计的热输入量会传递到置于底部的较硬的下层金属中，起到软化的作用，从而使第二阶段的下压和焊接更易进行。
所述高速下压的速度为大于20mm/min，所述低速下压的速度为小于15mm/min。
所述搅拌头在下压的同时旋转，所述旋转速率为大于1500rpm。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：使用的复合型搅拌头，即搅拌针和轴肩配合，轴肩可以使用成本较低、质地相对较软的钢材制作，而仅有搅拌针部分需要使用成本较高的超高强度合金材料制作，整体成本大大降低，而且焊接质量不会下降；另外，由于焊接的第一阶段下压可以使用较高的下压速度，整体焊接的时间效率大大提高。
附图说明
图1为本发明的焊接步骤示意图。
其中，1为轴肩，2为搅拌针，3为上层金属，4为下层金属。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，包括轴肩1以及设置在轴肩1底部中央并向下凸起的搅拌针2，轴肩1的材质为H13钢，搅拌针2的材质为钨铼合金。
将上述搅拌头用于两种异种材料的焊接，其中上层金属3为AM60B镁合金材料，下层金属4为DC01低碳钢材料，具体步骤如图1所示：
第一步，将较软的AM60B镁合金材料置于上侧，较硬的DC01低碳钢材料置于底部；
第二步：旋转搅拌头，使用较高的下压速度使复合搅拌头的搅拌针2部分在较软材料内部行进作，其中，搅拌头的转速选定为2000rpm，本阶段的下压速度选定为30mm/min。
第三步：当搅拌针2即将接触下层金属4时，降低下压速度，然后搅拌针2部分在较硬材料内部行进，本阶段的下压速度选定为10mm/min。
第四步：回升搅拌头完成焊接。

Claims (7)

1.一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，该搅拌头用于搅拌摩擦焊接上层金属和下层金属，所述上层金属和下层金属的材质不同，其特征在于，所述搅拌头包括轴肩以及设置在轴肩底部中央并向下凸起的搅拌针，所述轴肩的材质为模具钢，所述搅拌针的材质为高强合金。
2.根据权利要求1所述的一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，其特征在于，所述搅拌针的材质为钨铼合金或碳化钨钴。
3.根据权利要求1所述的一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，其特征在于，所述上层金属为轻金属，所述下层金属的硬度大于上层金属。
4.根据权利要求1所述的一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头，其特征在于，所述搅拌针凸出轴肩的厚度比上层金属的厚度小0～0.2mm。
5.一种利用如权利要求1～4任一所述搅拌头进行异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：将上层金属和下层金属按技术要求叠放，然后将搅拌头高速下压，当搅拌针即将穿透上层金属时，降低下压速度，以低速下压，直至焊接完成。
6.根据权利要求5所述的一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法，其特征在于，所述高速下压的速度大于20mm/min，所述低速下压的速度为小于15mm/min。
7.根据权利要求5所述的一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法，其特征在于，所述搅拌头在下压的同时旋转，所述旋转速率为大于1500rpm。
CN201711403740.XA 2017-12-22 2017-12-22 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法 Active CN108581174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403740.XA CN108581174B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403740.XA CN108581174B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108581174A true CN108581174A (zh) 2018-09-28
CN108581174B CN108581174B (zh) 2020-09-08

Family

ID=63633583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711403740.XA Active CN108581174B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108581174B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109249125A (zh) * 2018-10-19 2019-01-22 中船澄西船舶修造有限公司 船舶铝钢异种材料焊接工艺
CN109570741A (zh) * 2019-02-12 2019-04-05 黄山学院 一种用于搅拌摩擦焊接异种管状结构的新装置
CN111745286A (zh) * 2020-06-24 2020-10-09 哈尔滨万洲焊接技术有限公司 一种用于异种金属搭接的搅拌摩擦焊方法
CN113500285A (zh) * 2021-07-07 2021-10-15 上海交通大学 一种金属异种材料搅拌摩擦焊接头及制备和提升接头强度的方法
CN114378421A (zh) * 2020-10-21 2022-04-22 上海汽车集团股份有限公司 不同硬度金属件的焊接方法和不同硬度金属件的焊接产品
US20240100625A1 (en) * 2020-12-11 2024-03-28 Element Six (Uk) Limited Friction stir welding tool holder

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110309131A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Battelle Memorial Institute Friction stir welding tool and process for welding dissimilar materials
CN102350585A (zh) * 2011-09-28 2012-02-15 黄山学院 提高铝合金搅拌摩擦连接区力学性能的方法
CN103658964A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 湖北三江航天红阳机电有限公司 一种偏心组合式搅拌头
CN103894724A (zh) * 2014-03-13 2014-07-02 哈尔滨工业大学 铝钢异种材料搭接的钢表面毛化辅助搅拌摩擦焊方法
CN103894723A (zh) * 2014-03-13 2014-07-02 哈尔滨工业大学 一种能增大铝钢搭接结合面积的搅拌摩擦焊具及焊接方法
CN103934566A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 长春三友汽车部件制造有限公司 一种提高搅拌摩擦焊接高强铝合金的搅拌头耐磨性的方法
CN106271029A (zh) * 2016-09-07 2017-01-04 东南大学 利用搅拌摩擦焊连接金属材料与树脂基复合材料的方法
US20170182587A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 Honda Motor Co., Ltd. Metal joining method and metal-joined member

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110309131A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Battelle Memorial Institute Friction stir welding tool and process for welding dissimilar materials
CN102350585A (zh) * 2011-09-28 2012-02-15 黄山学院 提高铝合金搅拌摩擦连接区力学性能的方法
CN103658964A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 湖北三江航天红阳机电有限公司 一种偏心组合式搅拌头
CN103894724A (zh) * 2014-03-13 2014-07-02 哈尔滨工业大学 铝钢异种材料搭接的钢表面毛化辅助搅拌摩擦焊方法
CN103894723A (zh) * 2014-03-13 2014-07-02 哈尔滨工业大学 一种能增大铝钢搭接结合面积的搅拌摩擦焊具及焊接方法
CN103934566A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 长春三友汽车部件制造有限公司 一种提高搅拌摩擦焊接高强铝合金的搅拌头耐磨性的方法
US20170182587A1 (en) * 2015-12-24 2017-06-29 Honda Motor Co., Ltd. Metal joining method and metal-joined member
CN106271029A (zh) * 2016-09-07 2017-01-04 东南大学 利用搅拌摩擦焊连接金属材料与树脂基复合材料的方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109249125A (zh) * 2018-10-19 2019-01-22 中船澄西船舶修造有限公司 船舶铝钢异种材料焊接工艺
CN109570741A (zh) * 2019-02-12 2019-04-05 黄山学院 一种用于搅拌摩擦焊接异种管状结构的新装置
CN111745286A (zh) * 2020-06-24 2020-10-09 哈尔滨万洲焊接技术有限公司 一种用于异种金属搭接的搅拌摩擦焊方法
CN114378421A (zh) * 2020-10-21 2022-04-22 上海汽车集团股份有限公司 不同硬度金属件的焊接方法和不同硬度金属件的焊接产品
US20240100625A1 (en) * 2020-12-11 2024-03-28 Element Six (Uk) Limited Friction stir welding tool holder
CN113500285A (zh) * 2021-07-07 2021-10-15 上海交通大学 一种金属异种材料搅拌摩擦焊接头及制备和提升接头强度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108581174B (zh) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108581174A (zh) 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搅拌头及焊接方法
CN101280683B (zh) 一种孕镶金刚石采煤采矿截齿及其制作工艺
CN102352508B (zh) Trt机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末
CN103846542B (zh) 一种铝材与高熔点金属搭接固相焊接方法及装置
CN102500915A (zh) 一种采用t型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法
CN104404510A (zh) 一种激光熔覆制备梯度涂层修复冷轧辊的方法
CN103697186B (zh) 压力平衡式油密封旋塞阀的旋塞及旋塞表面处理工艺
JP6889233B2 (ja) 耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシン
CN103273156B (zh) 一种提高钎焊焊接强度的方法
CN108127244A (zh) 一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊方法
CN104668880A (zh) 承钢焊接修复方法
CN105014228B (zh) 铝合金薄板搅拌摩擦连接用搅拌头及制造方法
CN108842106A (zh) 一种保径环及其制备方法和应用
CN107378167B (zh) 一种提高SiCp/Al复合材料搅拌摩擦焊搅拌头耐磨性的方法
CN110216365B (zh) 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊方法
CN104372234B (zh) 高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法
CN104162760B (zh) 一种cfb锅炉水冷壁磨损区域的修复方法
CN103060651B (zh) 球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料及其制备方法
CN108067732A (zh) 一种抑制钛-钢复合板对接焊接头过渡层裂纹的方法
CN102677043A (zh) 一种液压支架的立柱及其制造方法
CN108188540A (zh) 一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的cmt焊接方法
CN105014260B (zh) 一种焊修高强钢车轮的焊条及焊接方法
CN107675164B (zh) 一种用于旋挖齿齿体表面激光熔覆的合金粉末及激光熔覆方法
CN104455538A (zh) 一种具有高耐磨密封表面的球阀球体及其制备方法
CN202544847U (zh) 截齿

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant