CN108581174B - 一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的焊接方法 - Google Patents

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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 (2)

1.一种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；
所述的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，所述搅拌针凸出轴肩的厚度比上层金属的厚度小0~0.2mm；
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；所述轴肩的材质为模具钢，所述搅拌针的材质为钨铼合金或碳化钨钴。
2.根据权利要求1所述的一种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。
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