CN109570734A - 搅拌摩擦焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌摩擦焊接工艺，对两个待加工的工件进行加热，使得工件加热后表面温度为200℃～400℃。如此，极大改善了工件的塑性，使得工件在搅拌摩擦焊接过程中，具有良好的金属流动性，有利于工件发生固相扩散。接着，对工件进行搅拌摩擦焊接，并控制工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃，如此，使得两个工件的焊接区域的温度保持稳定，防止焊接接头区域的温度过高，造成工件的晶粒快速长大和过烧。并对焊缝进行快速冷却，焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S。如此，采用高的冷却速度进行冷却焊接接头，这样可以抑制工件晶粒的长大和时效强化相的粗化，减少焊接后工件力学性能的损失，有利于提高焊缝的焊接系数。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种搅拌摩擦焊接工艺。
背景技术
搅拌摩擦焊接是一种固相连接方法，利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量使被焊工件局部塑性化，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在搅拌头的转动摩擦力作用下由搅拌头的前部流向后部，并在轴肩的挤压下形成致密的固相焊缝。
通常在搅拌摩擦焊接过程中，会对焊接前的工件进行预热；预热后再进行焊接加工；待工件完成焊接后，再对焊接后的工件进行冷却。然而，在实际搅拌摩擦焊接过程中，所得焊缝的力学性能较差，焊接系数较低，其中，力学性能包括抗拉强度、屈服强度及伸长率；焊接系数为焊接接头强度与母材强度之比，焊接系数包括抗拉强度的焊接系数、屈服强度的焊接系数及伸长率的焊接系数。实际所得焊缝的屈服强度的焊接系数和拉伸强度的焊接系统均只有0.65左右，伸长率的焊接系数只有0.4左右，这样远远无法满足实际生产需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种搅拌摩擦焊接工艺，它能够有效提高焊缝的焊接系数。
其技术方案如下：
一种搅拌摩擦焊接工艺，包括如下步骤：对两个工件进行加热，使得所述工件加热后表面温度为200℃～400℃；对两个加热后的工件进行搅拌摩擦焊接，使得两个所述工件之间形成焊缝，其中，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个所述工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃；对所述焊缝进行冷却，控制所述焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S，将所述焊缝表面温度冷却至预设冷却温度。
上述的搅拌摩擦焊接工艺，对两个待加工的工件进行加热，使得工件加热后表面温度为200℃～400℃。如此，极大改善了工件的塑性，使得工件在搅拌摩擦焊接过程中，具有良好的流动性，从而使得两个工件在搅拌作用下混合更加均匀，进而有利于工件发生固相扩散。接着，对工件进行搅拌摩擦焊接，控制工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃，如此，使得两个工件的焊接区域的温度保持稳定，防止焊接接头区域的温度过高，造成工件的晶粒快速长大甚至过烧。并对焊缝进行快速冷却，焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S。如此，采用高的冷却速度进行冷却焊接接头，这样可以抑制工件晶粒的长大和时效强化相的粗化，减少焊接后工件力学性能的损失，有利于提高焊缝的焊接系数。同时，通过快速冷却，也有效解决焊缝冷却的过程中的淬火敏感性问题。因此，通过本搅拌摩擦焊接工艺，极大改善了焊缝的力学性能，从而有利于提高焊缝的焊接系数。
在其中一个实施例中，在对两个工件进行加热步骤中，使得所述工件加热后表面温度具体为250℃～350℃。
在其中一个实施例中，所述使得所述工件加热后表面温度为250℃～350℃的步骤包括：通过燃气加热装置对两个所述工件进行加热，加热时，控制燃气喷嘴离所述工件表面高度为第一预设高度，所述工件加热时间为预设时间，燃气的流速为1m3/h～4m3/h。
在其中一个实施例中，所述对两个工件进行加热的步骤之后还包括：控制所述工件的升温速度为20℃/S～50℃/S，使得所述工件加热后表面温度为200℃～400℃。
在其中一个实施例中，对所述焊缝进行冷却步骤中，控制所述焊缝的冷却速度具体为100℃/S～200℃/S。
在其中一个实施例中，所述控制所述焊缝的冷却速度具体为100℃/S～200℃/S的步骤包括：通过冷却液装置对所述焊缝进行冷却，冷却时，控制冷却喷嘴离所述焊缝表面高度为第二预设高度，冷却液的流速为1m3/min～3m3/min。
在其中一个实施例中，所述预设冷却温度为5℃～20℃
在其中一个实施例中，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个所述工件的焊接区域峰值温度具体为400℃～480℃。
在其中一个实施例中，所述控制两个所述工件的焊接区域峰值温度具体为400℃～480℃的步骤包括：将轴肩压入所述工件表面预设深度，并将搅拌头插入两个所述工件之间进行焊接，焊接时，所述搅拌头的转速为500rpm～1000rpm，所述搅拌头在所述工件上的移动速度为50mm/min～100mm/min。
在其中一个实施例中，所述预设深度为0.2mm～1mm。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的搅拌摩擦焊接工艺流程图；
图2为本发明一实施例所述的焊缝的焊接系数与工件表面温度的曲线图；
图3为本发明一实施例所述的焊缝的焊接系数与焊缝冷却速度的曲线图；
图4为本发明一实施例所述的焊缝的焊接系数与焊接区域峰值温度的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
在一个实施例中，请参考图1，一种搅拌摩擦焊接工艺，包括如下步骤：
S10:对两个工件进行加热，使得工件加热后表面温度为200℃～400℃；
S20:对两个加热后的工件进行搅拌摩擦焊接，使得两个工件之间形成焊缝，其中，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃；
S30:对焊缝进行冷却，控制焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S，将焊缝表面温度冷却至预设冷却温度。
上述的搅拌摩擦焊接工艺，对两个待加工的工件进行加热，使得工件加热后表面温度为200℃～400℃。如此，极大改善了工件的塑性，使得工件在搅拌摩擦焊接过程中，具有良好的流动性，从而使得两个工件在搅拌作用下混合更加均匀，进而有利于工件发生固相扩散。接着，对工件进行搅拌摩擦焊接，并控制工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃，如此，稳定两个工件的焊接区域的温度，防止焊接接头区域的温度过高，造成工件的晶粒快速长大和过烧。并对焊缝进行快速冷却，焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S。如此，采用高的冷却速度进行冷却焊接接头，这样可以抑制工件晶粒的长大和时效强化相的粗化，减少焊接后工件力学性能的损失，有利于提高焊缝的焊接系数。同时，通过快速冷却，也有效解决焊缝冷却的过程中的淬火敏感性问题。因此，通过本实施例的搅拌摩擦焊接工艺，极大改善了焊缝的力学性能，从而有利于提高焊缝的焊接系数。此外，本实施例通过预先对工件进行加热，使得搅拌摩擦焊接装置对工件输入的能量减少，如此，有利于减少搅拌摩擦焊接装置的搅拌头的磨损，延长搅拌头的使用寿命。其中，力学性能包括抗拉强度、屈服强度及伸长率；焊接系数为焊接接头强度与母材强度之比，焊接系数包括抗拉强度的焊接系数、屈服强度的焊接系数及伸长率的焊接系数。其中，焊接区域峰值温度为在焊接区域内温度到达最高的值。
进一步地，在对两个工件进行加热步骤中，使得工件加热后表面温度具体为250℃～350℃。此时，工件的塑性得到更好地改善，使得焊缝的力学性能更高，从而使得焊缝的焊接系数得到显著提高。为了明确工件加热表面温度与焊缝的焊接系数的关系，请参考图2，本实施例采用工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm；在实验过程中，控制铝合金的升温速度为40℃/S，焊接区域峰值温度为480℃，焊缝表面冷却速度为150℃/S，预设冷却温度为10℃。接着，通过改变铝合金加热后表面温度值，对焊缝进行力学测试。其中，未焊接的铝合金的抗拉强度为682MPa，屈服强度为636MPa，伸长率为10％。结合以下公式(1)计算可绘制图2：
式中，-为焊接系数；W1-焊接后焊缝的力学强度；W2-焊接前工件的力学强度。从图2中可知，焊缝的焊接系数随着铝合金表面温度的增加先增加后减少，且当铝合金表面温度为300℃时，焊缝的焊缝系数达到最高。由此可知，本实施例控制工件加热后表面温度为250℃～350℃时，焊缝的抗拉强度的焊接系数为0.92以上，焊缝的屈服强度的焊缝系数为0.88以上，焊缝的伸长率的焊缝系数为0.75以上。如此，相比于传统的搅拌摩擦焊接工艺，本实施例的搅拌摩擦焊接工艺使得焊缝的焊接系数得到明显提高，极大改善了焊接后工件的力学性能。
更进一步地，使得工件加热后表面温度具体为250℃～350℃的步骤包括：通过燃气加热装置对两个工件进行加热。加热时，控制燃气喷嘴离工件表面高度为第一预设高度，工件加热时间为预设时间，燃气的流速为1m3/h～4m3/h。由此可知，本实施例通过燃气加热装置方式对工件进行预热，在预设时间内，将燃气喷嘴与工件表面距离保持第一预设高度，调节燃气流量为1m3/h～4m3/h，这样，保证工件加热后表面温度为250℃～350℃，从而保证了焊接后焊缝具有良好的力学性能。其中，本实施例的预设时间为0.1min～5min，第一预设高度为20mm～60mm。
可选地，本实施例的燃气为天然气、人工燃气、液化石油气和沼气、煤制气或者其他可燃气体。
具体地，本实施例采用天然气作为燃气，并设定预设时间为2min，第一预设高度为20mm。通过改变天然气的流速，检测出工件加热后表面温度，具体结果见表1。
表1天然气的流速与工件加热后表面温度
从表1中可知，当天然气的流量为1m3/h～4m3/h时，工件加热后表面温度为250℃～350℃。如此，通过控制天然气的流量，便能准确控制工件加热后表面温度，极大方便了操作人员对焊缝的力学性能控制。
在另一个实施例中，工件的加热方式还可以通过电加热方式或者导热油传热方式对工件进行加热。
在一个实施例中，对两个工件进行加热的步骤之后还包括：控制工件的升温速度为20℃/S～50℃/S，使得工件加热后表面温度为200℃～400℃。本实施例控制工件的升温速度为20℃/S～50℃/S，能够使得工件表面温度快速达到所需要的温度。同时，由于升温速度会影响工件的塑性，因此，通过将控制工件的升温速度控制在20℃/S～50℃/S，使得加热后工件的塑性更好，从而使得工件在搅拌摩擦焊接过程中，具有更好的流动性，从而使得两个工件在搅拌作用下混合更加均匀，进而更有利于工件发生固相扩散。
进一步地，控制工件的升温速度为20℃/S～50℃/S的步骤包括通过燃气加热装置对两个工件进行加热。加热时，控制燃气喷嘴离工件表面高度为第一预设高度，工件加热时间为预设时间，燃气的流速为1m3/h～4m3/h。具体在本实施例中，本实施例采用天然气，设定预设时间为2min，第一预设高度为20mm。通过改变天然气的流速，检测出工件加热后表面温度，具体结果见表2。从表2可知，当天然气的流量为1m3/h～4m3/h时，工件的升温速度为30℃/S～45℃/S，即也满足工件的升温速度为20℃/S～50℃/S。
表2天然气的流速与工件的升温速度
在一个实施例中，对焊缝进行冷却步骤中，控制焊缝的冷却速度具体为100℃/S～200℃/S。此时，使得工件晶粒的长大与时效强化相的粗化得到更好地抑制，从而使得焊接后工件力学性能损失更少，进而更有利于提高焊缝的焊接系数。为了明确焊缝的冷却速度与焊缝的焊接系数的关系，请参考图3，本实施例采用工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm；在实验过程中，控制铝合金的升温速度为40℃/S，铝合金加热后表面温度为300℃，焊接区域峰值温度为480℃，预设冷却温度为10℃。接着，通过改变焊缝的冷却速度，并对焊缝进行力学测试。其中，未焊接的铝合金的抗拉强度为682MPa，屈服强度为636MPa，伸长率为10％。结合以上公式(1)计算可绘制图3。从图3中可知，焊缝的焊接系数随着焊缝的冷却速度增加先增加后减少，且当焊缝的冷却速度约为150℃/S时，焊缝的焊缝系数达到最高。由此可知，本实施例控制焊缝的冷却速度为100℃/S～200℃/S时，焊缝的抗拉强度的焊接系数为0.92以上，焊缝的屈服强度的焊缝系数为0.88以上，焊缝的伸长率的焊缝系数为0.75以上。如此，相比于传统的搅拌摩擦焊接工艺，本实施例的搅拌摩擦焊接工艺使得焊缝的焊接系数得到明显提高，极大改善了焊接后工件的力学性能。
进一步地，控制焊缝的冷却速度为100℃/S～200℃/S的步骤包括：通过冷却液装置对焊缝进行冷却，冷却时，控制冷却喷嘴离焊缝表面高度为第二预设高度，冷却液的流速为1m3/min～3m3/min。由此可知，本实施例通过冷却液装置方式对焊缝进行冷却，将冷却喷嘴与工件表面距离保持第二预设高度，调节冷却液流量为1m3/min～3m3/min，这样，保证焊缝表面冷却速度为100℃/S～200℃/S。通过对焊缝急速冷却，使得工件晶粒的长大与时效强化相的粗化均得到更加有效抑制，从而保证了焊缝具有良好的力学性能。其中，本实施例第二预设高度为10mm～30mm。
可选地，本实施例的冷却液为液氮、液氩、液氨或者其他冷却液体。
具体地，本实施例采用液氮作为冷却液，并设定第二预设高度为20mm，通过改变液氮的流速，检测出焊缝的冷却速度，具体结果见表3。从表3中可知，当冷却液的流量为1m3/min～3m3/min时，焊缝的冷却速度为100℃/S～200℃/S。如此，通过控制冷却液的流量，便能准确控制焊缝的冷却速度，极大方便了操作人员对焊缝的力学性能控制。
表3液氮的流速与焊缝的冷却速度
在一个实施例中，预设冷却温度为5℃～20℃。如此，使得焊缝冷却至适合温度，避免温度太高烫伤操作人员。同时，本实施例将预设冷却温度设定为5℃～20℃，也有利于所得焊缝的性能达到更佳。
在一个实施例中，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个工件的焊接区域峰值温度具体为400℃～480℃。由于焊接区域峰值温度直接决定着焊缝质量的好坏，因此，本实施例将焊接区域峰值温度控制为400℃～480℃，不仅使得工件保持良好的金属流动性，而且还有效防止工件的晶粒快速长大，如此，使得焊缝的力学性能得到极大的改善。为了明确焊接区域峰值温度与焊缝的焊接系数的关系，本实施例采用工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm；在实验过程中，控制铝合金的升温速度为40℃/S，铝合金加热后表面温度为300℃，焊缝表面冷却速度为150℃/S，预设冷却温度为10℃。接着，通过改变焊接区域峰值温度，并对焊缝进行力学测试。其中，未焊接的铝合金的抗拉强度为682MPa，屈服强度为636MPa，伸长率为10％。结合以上公式(1)计算可绘制图4。从图4中可知，焊缝的焊接系数随着焊接区域峰值温度的增加先增加后减少，且当焊接区域峰值为465℃时，焊缝的焊缝系数达到最高。由此可知，本实施例控制工件加热后表面温度为400℃～480℃时，焊缝的抗拉强度的焊接系数为0.92以上，焊缝的屈服强度的焊缝系数为0.88以上，焊缝的伸长率的焊缝系数为0.75以上。如此，相比于传统的搅拌摩擦焊接工艺，本实施例的搅拌摩擦焊接工艺使得焊缝的焊接系数得到明显提高，极大改善了焊接后工件的力学性能。
进一步地，控制两个工件的焊接区域峰值温度具体为400℃～480℃的步骤包括：将轴肩压入工件表面预设深度，并将搅拌头插入两个工件之间进行焊接。焊接时，搅拌头的转速为500rpm～1000rpm。搅拌头在工件上的移动速度为50mm/min～100mm/min。由此可知，搅拌头通过转动与工件摩擦生热，为两个工件焊接提供热源。而搅拌头的移动速度则决定搅拌头在某处的停留时间，如此，本实施例通过控制搅拌头的转速与搅拌头的移动速度，使得两个工件的焊接区域峰值温度为400℃～480℃，从而使得焊缝的力学性能得到稳定保证。具体在本实施例中，本实施例将搅拌头的移动速度设定为60mm/min，通过改变搅拌头的转速，并检测两个工件的焊接区域峰值温度，具体结果见表4。从表4中可知，当搅拌头的转速为500rpm～1000rpm时，焊缝的焊接区域峰值温度为400℃～480℃。如此，通过控制搅拌头的转速，便能准确控制焊接区域峰值温度，极大方便了操作人员对焊缝的力学性能控制。
表4搅拌头的转速与焊接区域峰值温度
更进一步地，预设深度为0.2mm～1mm。如此，在焊接过程中，轴肩压入工件0.2mm～1mm，有利于增加工件的焊接区域内的热量输入，从而能够降低搅拌头的转速，避免搅拌头因转速过高而极易磨损，如此，有利于延长搅拌头的使用寿命。
实施例1
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为1m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为30℃/s，铝合金加热后表面温度达到250℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速800rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为415℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量2m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为150℃/s，焊缝冷却后的表面温度为10℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为614MPa，屈服强度为560MPa，伸长率7.5％。
实施例2
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为2.5m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为40℃/s，铝合金加热后表面温度达到300℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速800rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为465℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量2m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为150℃/s，焊缝冷却后的表面温度为10℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为641MPa，屈服强度为586MPa，伸长率8.5％。
实施例3
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为4m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为45℃/s，铝合金加热后表面温度达到350℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速800rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为465℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量2m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为150℃/s，焊缝冷却后的表面温度为10℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为627MPa，屈服强度为573MPa，伸长率8％。
实施例4
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为2.5m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为40℃/s，铝合金加热后表面温度达到300℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速500rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为420℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量2m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为150℃/s，焊缝冷却后的表面温度为10℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为580MPa，屈服强度为509MPa，伸长率6％。
实施例5
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为2.5m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为40℃/s，铝合金加热后表面温度达到300℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速1000rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为475℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量2m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为150℃/s，焊缝冷却后的表面温度为10℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为593MPa，屈服强度为527MPa，伸长率7％。
实施例6
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为2.5m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为40℃/s，铝合金加热后表面温度达到300℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速800rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为465℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量1m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为100℃/s，焊缝冷却后的表面温度为15℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为600MPa，屈服强度为541MPa，伸长率7.5％。
实施例7
本实施例所处理的工件为7055-T6超高强度铝合金，其宽度为200mm，厚度为5mm，长度为1000mm。具体的搅拌摩擦焊接工艺步骤如下：
(1)在搅拌摩擦焊接前，通过天然气对铝合金进行预热，其中，天然气的流量为2.5m3/h，天然气喷嘴距铝合金表面的高度为40mm；此时，铝合金的升温速度为40℃/s，铝合金加热后表面温度达到300℃；
(2)再通过搅拌摩擦焊接装置对两个铝合金进行焊接，其中，搅拌头的转速800rpm，搅拌头的移动速度60mm/min，轴肩压入铝合金表面量0.5mm，此时焊接区域峰值温度为465℃；
(3)通过冷却液对焊缝进行快速冷却，其中，冷却液的温度-197℃，冷却液的流量3m3/min，冷却喷嘴距铝合金表面高度为20mm；此时，铝合金的冷却速度为200℃/s，焊缝冷却后的表面温度为5℃；冷却后，对焊缝进行力学性能测试。
本实施例所测出的焊缝的抗拉强度为614MPa，屈服强度为554MPa，伸长率8％。
对比例1
对比例1的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例1～3的步骤大致相同，区别在于，天然气的流量为0.5m3/h，此时，铝合金的升温速度为16℃/s，铝合金加热后表面温度达到150℃。通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为464MPa，屈服强度为414MPa，伸长率5％。
对比例2
对比例2的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例1～3的步骤大致相同，区别在于，天然气的流量为5m3/h，此时，铝合金的升温速度为68℃/s，铝合金加热后表面温度达到420℃。通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为491MPa，屈服强度为446MPa，伸长率4.5％。
对比例3
对比例3的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例4～5的步骤大致相同，区别在于，搅拌头的转速300rpm，此时焊接区域峰值温度为380℃；通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为443MPa，屈服强度为382MPa，伸长率3％。
对比例4
对比例4的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例4～5的步骤大致相同，区别在于，搅拌头的转速1200rpm，此时焊接区域峰值温度为500℃；通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为457MPa，屈服强度为414MPa，伸长率4％。
对比例5
对比例5的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例6～7的步骤大致相同，区别在于，冷却液的流量0.5m3/min，此时，铝合金的冷却速度为60℃/s，焊缝冷却后的表面温度为30℃；通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为477MPa，屈服强度为433MPa，伸长率5.5％。
对比例6
对比例6的搅拌摩擦焊接工艺步骤与实施例6～7的步骤大致相同，区别在于，冷却液的流量4m3/min，此时，铝合金的冷却速度为300℃/s，焊缝冷却后的表面温度为5℃；通过测试该焊缝力学性能，所测出的焊缝的抗拉强度为491MPa，屈服强度为478MPa，伸长率4.5％。
测试：
将实施例1～7与对比例1～6所测出的焊缝的抗拉强度、屈服强度及伸长率值分别对应与焊接前的铝合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率值之比，具体数据参考表5。其中，未焊接的铝合金的抗拉强度为682MPa，屈服强度为636MPa，伸长率为10％。
从表5中可知，实施例1～3的抗拉强度的焊接系数至少为0.9，屈服强度的焊接系数至少为0.88，伸长率的焊接系数至少为0.75；而对比例1～2的抗拉强度的焊接系数最多为0.72，屈服强度的焊接系数最多为0.7，伸长率的焊接系数最多为0.5。如此，将天然气的流量控制为1m3/h～4m3/h，即，工件加热后表面温度为250℃～350℃，有利于提高焊接后焊缝的焊接系数。同时，实施例4～5的抗拉强度的焊接系数至少为0.85，屈服强度的焊接系数至少为0.8，伸长率的焊接系数至少为0.6；而对比例3～4的抗拉强度的焊接系数最多为0.67，屈服强度的焊接系数最多为0.65，伸长率的焊接系数最多为0.4。如此，将搅拌头的转速控制为500rpm～1000rpm，即，焊接区域峰值温度为400℃～480℃，有利于提高焊接后焊缝的焊接系数。此外，实施例6～7的抗拉强度的焊接系数至少为0.88，屈服强度的焊接系数至少为0.85，伸长率的焊接系数至少为0.75。而对比例5～6的抗拉强度的焊接系数最多为0.72，屈服强度的焊接系数最多为0.75，伸长率的焊接系数最多为0.55。如此，将冷却液的流量1m3/min～3m3/min，即，焊缝的冷却速度为100℃/S～200℃/S，有利于提高焊接后焊缝的焊接系数。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
对两个工件进行加热，使得所述工件加热后表面温度为200℃～400℃；
对两个加热后的工件进行搅拌摩擦焊接，使得两个所述工件之间形成焊缝，其中，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个所述工件的焊接区域峰值温度为390℃～490℃；
对所述焊缝进行冷却，控制所述焊缝的冷却速度为70℃/S～250℃/S，将所述焊缝表面温度冷却至预设冷却温度。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，在对两个工件进行加热步骤中，使得所述工件加热后表面温度具体为250℃～350℃。
3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述使得所述工件加热后表面温度具体为250℃～350℃的步骤包括：
通过燃气加热装置对两个所述工件进行加热，加热时，控制燃气喷嘴离所述工件表面高度为第一预设高度，所述工件加热时间为预设时间，燃气的流速为1m3/h～4m3/h。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述对两个工件进行加热的步骤之后还包括：
控制所述工件的升温速度为20℃/S～50℃/S，使得所述工件加热后表面温度为200℃～400℃。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，对所述焊缝进行冷却步骤中，控制所述焊缝的冷却速度具体为100℃/S～200℃/S。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述控制所述焊缝的冷却速度具体为100℃/S～200℃/S的步骤包括：
通过冷却液装置对所述焊缝进行冷却，冷却时，控制冷却喷嘴离所述焊缝表面高度为第二预设高度，冷却液的流速为1m3/min～3m3/min。
7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述预设冷却温度为5℃～20℃。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，在搅拌摩擦焊接过程中，控制两个所述工件的焊接区域峰值温度具体为400℃～480℃。
9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述控制两个所述工件的焊接区域峰值温度为400℃～480℃的步骤包括：
将轴肩压入所述工件表面预设深度，并将搅拌头插入两个所述工件之间进行焊接，焊接时，所述搅拌头的转速为500rpm～1000rpm，所述搅拌头在所述工件上的移动速度为50mm/min～100mm/min。
10.根据权利要求9所述的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述预设深度为0.2mm～1mm。
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