CN109530905A - 一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法 - Google Patents

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胡叶明
彭宇强
陈顺华
周士昂
王岩
崔接武
郑红梅
张勇
吴玉程
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    • 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
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Abstract

本发明涉及一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，具体步骤如下：S1：将待焊的两块铝合金挤压板表面打磨清洗干净；S2：将两块铝合金挤压板对接固定于刚性支撑底板上；S3：进行搅拌摩擦焊接；其中，刚性支撑底板中间预留长槽型区域，待焊的两块铝合金挤压板对接接口位于长槽型区域中心位置。本发明中由于搅拌针长度贯穿了整个铝合金挤压板，避免了焊缝底部未焊合缺陷的出现，从而避免了由于微小缺陷难以被一般检测方法所检测而存在的较大安全隐患。夹持装置贴近轴肩，束缚流动金属，防止飞边产生。而且搅拌头并未沿垂直方向倾斜，采用垂直焊接，降低了挤压板被减薄程度。经过本方法可以得到组织均匀、性能优异的焊接接头。

Description

一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法
技术领域
本发明涉及消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，属于搅拌摩擦焊接技术领域。
背景技术
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是由英国焊接研究所(The WeldingInstitute，TWI)于1991年提出的一种固态连接方法。与熔化焊接相比，有诸多优点，如焊缝组织晶粒细化、力学性能优异、焊后残余应力和变形小、操作简单、无尘烟、节能。由于搅拌摩擦焊接温度一般低于材料熔点，所以可以有效降低甚至避免熔化焊接后出现的接头性能降低现象。在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头与材料摩擦产生大量热量，形成温度场，同时搅拌头的高速旋转使材料发生剧烈塑性变形，在搅拌区发生连续动态再结晶、合金元素扩散、以及塑性流动，使得焊缝材料在较短时间内实现微观组织的细化、致密化、均匀化。但是在实际工艺参数的操作下，在接头焊缝中往往会出现一些缺陷，其中最为典型的是底部缺陷，包括隧道型孔洞缺陷以及经腐蚀剂腐蚀之后在光学显微镜下可观察到的黑色线条。隧道型孔洞缺陷是由于焊接过程中材料的流动填充不足所造成，此时在焊缝表面也伴随着大量的飞边。黑色线条被认为是由于部分材料未实现连接仍保留原始的母材结构。接头缺陷的存在必然降低其性能，限制了铝合金搅拌摩擦焊接在实际工程上的应用，而且如果没有可靠的检测设施，甚至会造成严重经济损失。
为了避免接头底部孔洞缺陷，可以采用将搅拌头沿垂直方向倾斜1-5°夹角，其目的是防止塑化材料被挤出，而造成材料填充不足形成隧道型孔洞缺陷。该方法虽然一定程度上降低了隧道型孔洞缺陷出现的几率，但是，一般进行搅拌摩擦焊接时，轴肩都会有一定的压入量，再加上搅拌头的倾角，就无疑地造成了更多的焊缝减薄，限制了搅拌摩擦焊接的应用。
发明内容
本发明公开一种消除铝合金搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其目的是在搅拌摩擦焊接过程中，使用夹持装置固定挤压板，夹持装置预留正好可以通过一个轴肩的距离，选择长度大于被焊挤压板材厚度的搅拌针，并在刚性底板上预留可容纳搅拌针的区域，使得搅拌针贯穿整个被焊挤压板材，从而避免焊缝底部未焊合缺陷的出现。其中夹持装置预留距离的中心、对接接口、刚性支撑底板预留区域中心位于同一竖直线上。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，具体步骤如下：
S1：将待焊的两块铝合金挤压板表面打磨清洗干净；
S2：将两块铝合金挤压板对接固定于刚性支撑底板上；
S3：进行搅拌摩擦焊接；
其中，刚性支撑底板中间预留长槽型区域，待焊的两块铝合金挤压板对接接口位于长槽型区域中心位置。
优选地，所述的长槽型区域的宽度为4.5-5mm，深度为0.5-1mm。
优选地，步骤S3中搅拌摩擦焊接采用型号为SXT-10龙门移动式搅拌摩擦焊机装配搅拌头。
优选地，步骤S3中搅拌摩擦焊接过程采用流动水喷头作为冷却装置，随搅拌头一起运动，对轴肩行进过后的焊缝形成区冷却。
优选地，所述的搅拌头参数为：搅拌针长度为8mm，搅拌针底部直径为5mm，搅拌针尖部直径为4mm，轴肩直径为19mm，其中，搅拌针长度大于铝合金挤压板的厚度。
优选地，搅拌摩擦焊接工艺参数为：轴肩下压量为0.5mm，焊接速度为60-100mm/min，旋转速度为900-1500r/min。
优选地，所述的两块铝合金挤压板通过夹持装置固定于刚性支撑底板上，所述的夹持装置包括第一定位板、第二定位板、第一压板、第二压板，所述的第一定位板和第二定位板上均设置腰形孔，所述的第一压板和第二压板的两端分别设置定位孔。
优选地，当夹持装置在使用状态时：第一压板和第二压板的一端通过螺栓固定在第一定位板，第一压板和第二压板的另一端通过螺栓固定在第二定位板上；所述的两块铝合金挤压板分别放置在第一压板和第二压板的下方，所述的第一压板和第二压板分别位于搅拌针的两侧且贴近搅拌针的轴肩。
本发明的有益效果在于：
采用本发明进行搅拌摩擦焊接，方法简单，容易操作。由于搅拌针长度贯穿了整个铝合金挤压板，避免了焊缝底部未焊合缺陷的出现，从而避免了由于微小缺陷难以被一般检测方法所检测而存在的较大安全隐患。夹持装置贴近轴肩，束缚流动金属，防止飞边产生。而且搅拌头并未沿垂直方向倾斜，采用垂直焊接，降低了挤压板被减薄程度。经过本方法最终可以得到组织均匀、性能优异的焊接接头。
附图说明
图1为进行搅拌摩擦焊接时的结构示意图；
图2为铝合金挤压板对接截面放大图。
其中，附图标记中：1-刚性支撑底板、2-铝合金挤压板、3-第一定位板、4-第二定位板、5-第一压板、6-第二压板、7-搅拌头。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。本发明采用的铝合金挤压板2为6063铝合金商用轧制挤压板，其化学成分为：镁Mg：0.45-0.9、硅Si：0.20-0.6、铁Fe:：0.35、铜Cu：0.10、锰Mn：0.10、铬Cr：0.10、锌Zn：0.10、钛Ti：0.10、其他：0.15、铝Al：余量。
实施例1-3中的夹持装置包括第一定位板3、第二定位板4、第一压板5、第二压板6，所述的第一定位板3和第二定位板4上均设置腰形孔，所述的第一压板5和第二压板6的两端分别设置定位孔。
当夹持装置在使用状态时：第一压板3和第二压板4的一端通过螺栓固定在第一定位板3，第一压板3和第二压板4的另一端通过螺栓固定在第二定位板6上；所述的两块铝合金挤压板2分别放置在第一压板5和第二压板6的下方。
实施例1：
将6063铝合金挤压板打磨清洗干净，挤压板尺寸为：长×宽×厚＝180mm×90mm×8mm。使用夹持装置固定挤压板于刚性支撑底板1上，夹持装置预留20mm(轴肩直径19mm)，保证正好可以通过一个轴肩，刚性支撑底板1中间预留长槽型区域，区域宽度6mm，深度1mm。保证夹持装置预留距离的中点、对接接口、刚性支撑底板1预留区域中点位于同一竖直线上。采用型号为SXT-10龙门移动式搅拌摩擦焊机装配搅拌头进行搅拌摩擦焊接。搅拌头参数为：搅拌针长度8mm，搅拌针底部直径：5mm，搅拌针尖部直径：4mm，轴肩直径：19mm。焊接工艺参数为：轴肩下压量：0.5mm，焊接速度：100mm/min，旋转速度：1200r/min。在搅拌摩擦焊接过程采用流动水喷头作为冷却装置，随搅拌头一起运动，对轴肩行进过后的焊缝形成区冷却。经本发明所得焊缝，表面由于夹持装置的限制作用，未出现飞边缺陷。焊核区贯穿整个接口，且在焊缝底部未出现隧道型孔洞以及未焊合区，最终可以得到组织均匀、性能优异的焊接接头。
其中，夹持装置预留20mm指的的是第一压板5和第二压板6之间预留20mm。
实施例2：
将6063铝合金挤压板打磨清洗干净，挤压板尺寸为：长×宽×厚＝180mm×90mm×8mm。使用夹持装置固定挤压板于刚性支撑底板1上，夹持装置预留30mm，刚性支撑底板1中间预留长槽型区域，区域宽度6mm，深度1mm。保证对接接口、刚性支撑底板1预留区域中点位于同一竖直线上。采用型号为SXT-10龙门移动式搅拌摩擦焊机装配搅拌头进行搅拌摩擦焊接。搅拌头参数为：搅拌针长度8mm，搅拌针底部直径：5mm，搅拌针尖部直径：4mm，轴肩直径：19mm。焊接工艺参数为：轴肩下压量：0.5mm，焊接速度：100mm/min，旋转速度：1200r/min。在搅拌摩擦焊接过程采用流动水喷头作为冷却装置，随搅拌头一起运动，对轴肩行进过后的焊缝形成区冷却。经本实例所得焊缝，焊核区贯穿整个接口，且在焊缝底部未出现隧道型孔洞以及未焊合区。但是由于没有夹持装置的限制作用，在焊缝上表面出现微量飞边缺陷。
实施例3：
将6063铝合金挤压板打磨清洗干净，挤压板尺寸为：长×宽×厚＝180mm×90mm×8mm。使用夹持装置固定挤压板于刚性支撑底板1上。采用型号为SXT-10龙门移动式搅拌摩擦焊机装配搅拌头进行搅拌摩擦焊接。搅拌头参数为：搅拌针长度5mm，搅拌针底部直径：5mm，搅拌针尖部直径：4mm，轴肩直径：19mm。焊接工艺参数为：轴肩下压量：0.5mm，焊接速度：100mm/min，旋转速度：1200r/min。在搅拌摩擦焊接过程采用流动水喷头作为冷却装置，随搅拌头一起运动，对轴肩行进过后的焊缝形成区冷却。经本实例所得焊缝表面出现大量飞边缺陷，通过将焊缝切开，从截面可以看到存在隧道型缺陷，严重影响焊缝性能。

Claims (8)

1.一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1：将待焊的两块铝合金挤压板表面打磨清洗干净；
S2：将两块铝合金挤压板对接固定于刚性支撑底板上；
S3：进行搅拌摩擦焊接；
其中，刚性支撑底板中间预留长槽型区域，待焊的两块铝合金挤压板对接接口位于长槽型区域中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：所述的长槽型区域的宽度为4.5-5mm，深度为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：步骤S3中搅拌摩擦焊接采用型号为SXT-10龙门移动式搅拌摩擦焊机装配搅拌头。
4.根据权利要求3所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：步骤S3中搅拌摩擦焊接过程采用流动水喷头作为冷却装置，随搅拌头一起运动，对轴肩行进过后的焊缝形成区冷却。
5.根据权利要求3所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：所述的搅拌头参数为：搅拌针长度为8mm，搅拌针底部直径为5mm，搅拌针尖部直径为4mm，轴肩直径为19mm，其中，搅拌针长度大于铝合金挤压板的厚度。
6.根据权利要求3所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：搅拌摩擦焊接工艺参数为：轴肩下压量为0.5mm，焊接速度为60-100mm/min，旋转速度为900-1500r/min。
7.根据权利要求1所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：所述的两块铝合金挤压板通过夹持装置固定于刚性支撑底板上，所述的夹持装置包括第一定位板、第二定位板、第一压板和第二压板，所述的第一定位板和第二定位板上均设置腰形孔，所述的第一压板和第二压板的两端分别设置定位孔。
8.根据权利要求1所述的一种消除铝合金挤压板搅拌摩擦焊接接头底部缺陷的方法，其特征在于：当夹持装置在使用状态时：第一压板和第二压板的一端通过螺栓固定在第一定位板，第一压板和第二压板的另一端通过螺栓固定在第二定位板上；所述的两块铝合金挤压板分别放置在第一压板和第二压板的下方，所述的第一压板和第二压板分别位于搅拌针的两侧且贴近搅拌针的轴肩。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109926710A (zh) * 2019-04-25 2019-06-25 山东大学 一种背部穿透且超声工具头支撑辅助的搅拌摩擦焊接装置
CN110814509A (zh) * 2019-11-11 2020-02-21 航天工程装备（苏州）有限公司 一种无飞边及减薄的无轴肩搅拌摩擦焊工具及方法
CN114147425A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 大连理工大学 一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置
CN116586795A (zh) * 2023-07-17 2023-08-15 烟台大学 一种基于lahw的厚板铝合金协调变形应力装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1063229A (en) * 1963-04-16 1967-03-30 American Mach & Foundry Friction welding
CN107182227B (zh) * 2009-11-25 2012-03-07 首都航天机械公司 一种运载火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接方法
CN102528268A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
CN106475677A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 西北工业大学 一种带开槽的异种合金t型搅拌摩擦焊接装置及焊接方法
CN207577662U (zh) * 2017-12-13 2018-07-06 东北林业大学 一种适用于数控铣床的可调角度搅拌摩擦焊夹具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1063229A (en) * 1963-04-16 1967-03-30 American Mach & Foundry Friction welding
CN107182227B (zh) * 2009-11-25 2012-03-07 首都航天机械公司 一种运载火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接方法
CN102528268A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
CN106475677A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 西北工业大学 一种带开槽的异种合金t型搅拌摩擦焊接装置及焊接方法
CN207577662U (zh) * 2017-12-13 2018-07-06 东北林业大学 一种适用于数控铣床的可调角度搅拌摩擦焊夹具

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109926710A (zh) * 2019-04-25 2019-06-25 山东大学 一种背部穿透且超声工具头支撑辅助的搅拌摩擦焊接装置
CN110814509A (zh) * 2019-11-11 2020-02-21 航天工程装备（苏州）有限公司 一种无飞边及减薄的无轴肩搅拌摩擦焊工具及方法
CN110814509B (zh) * 2019-11-11 2023-10-20 航天工程装备（苏州）有限公司 一种无飞边及减薄的无轴肩搅拌摩擦焊工具及方法
CN114147425A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 大连理工大学 一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置
CN116586795A (zh) * 2023-07-17 2023-08-15 烟台大学 一种基于lahw的厚板铝合金协调变形应力装置及方法
CN116586795B (zh) * 2023-07-17 2023-09-26 烟台大学 一种基于lahw的厚板铝合金协调变形应力装置及方法

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