CN109877442A - 改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 - Google Patents
改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109877442A CN109877442A CN201910199518.5A CN201910199518A CN109877442A CN 109877442 A CN109877442 A CN 109877442A CN 201910199518 A CN201910199518 A CN 201910199518A CN 109877442 A CN109877442 A CN 109877442A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welded
- stirring
- aluminium alloy
- weldment
- head
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明提供了一种改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其包括如下步骤：S1：将铝合金焊件A、焊接板材和铝合金焊件B依次水平对接置于同一平面上，并装夹固定；S2：将搅拌头移动至铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位；S3：控制所述搅拌头以一定转速插入铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位，直至轴肩的下端面与待焊接部位的上表面紧密接触，对焊接板材进行预热；S4：控制所述搅拌头以一定走速沿着铝合金焊件A和焊接板材对接面的水平方向移动，直至焊接完成；S5：将搅拌头提起并移至铝合金焊件B和焊接板材之间的待焊接部位，重复步骤S3和S4的操作，完成焊接。本发明能够有效解决铝合金焊接过程中存在的组织性能差，孔隙率高，焊缝强度低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种采用TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料作为焊缝填充材料来改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，提高焊缝强度的搅拌摩擦焊接方法，属于材料连接技术领域。
背景技术
由于制造高强度、耐疲劳和抗断裂性能的航天航空铝合金焊材存在着很大难度，长期以来抑制了航空材料焊接的广泛应用。例如对于2XXX和7XXX高强铝合金来说，它们在熔融区的凝固组织结构差，孔隙率高，通常被划分为不可焊接材料。另外，和基体材料相比，其机械性存在着明显下降，焊缝强度通常低于母材。一些铝合金虽然可以进行电阻焊，但由于存在表面氧化这个大问题，需要进行昂贵的表面处理。
搅拌摩擦焊接作为一种固态焊接技术，从发明伊始就应用于铝合金。搅拌摩擦焊接的基本概念很简单：一个具有特制搅拌针和轴肩的搅拌工具，插入板材待焊部位，并沿焊缝前移。高速旋转的搅拌头所产生的热量将软化其周围的材料，伴随着搅拌头的旋转和前移，材料从搅拌针的前方移动至后方。整个过程中材料并未发生融化，是在固态下完成的。在搅拌摩擦焊接过程中，材料在高温下经历了强塑性变形，生成细小等轴的再结晶晶粒。细小的晶粒组织使机械性能得到了提升。
在众多的陶瓷增强相中，TiB2具有强共价键，高强度和高硬度，良好的阻尼和疲劳抗性等性质，对要在极端环境下应用的航天航空铝合金来说是一个极具优势的增强相。由于原位自生的TiB2增强的铝基复合材料具有强度高，与焊件铝合金材料相容性好的特点，将其作为焊缝填充材料，能有效解决焊缝区强度低于母材区这一问题。同时，TiB2颗粒的存在对晶粒在高温下的再结晶长大起到一个抑制作用。若后续再对焊件进行热处理，TiB2颗粒能抑制晶粒的长大，从而避免焊件机械性能的大幅下降。
发明内容
本发明为了改善铝合金焊接性能，提出了一种采用TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料作为焊缝填充材料的搅拌摩擦焊方法，解决了焊缝区强度低于母材区这一问题，获得高性能的铝合金焊接材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其包括如下步骤：
S1：将铝合金焊件A、焊接板材和铝合金焊件B依次水平对接置于同一平面上，并装夹固定；
S2：将搅拌头移动至铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位；
S3：控制所述搅拌头以30～1500rpm的转速插入铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位，直至轴肩的下端面与待焊接部位的上表面紧密接触，对焊接板材进行预热；
S4：控制所述搅拌头以50～800mm/min的走速沿着铝合金焊件A和焊接板材对接面的水平方向移动，直至焊接完成；
S5：将搅拌头提起并移至铝合金焊件B和焊接板材之间的待焊接部位，重复步骤S3和S4的操作，完成焊接。
搅拌头的转速和走速时影响搅拌摩擦加工质量的关键因素。转速与走速比决定了加工过程中的能量输入。如果转速过低(如低于30rpm)或走速过高(如高于800rpm)，加工的热输入量不足，材料软化不足而流动性变差，会导致搅拌区出现沟槽等缺陷；如果转速过高(如高于1500rpm)或走速过低(如低于50rpm)，则热输入量过高，搅拌区材料过热甚至熔化，因而在凝固过程中形成空洞、飞边等缺陷。本发明中所选择的搅拌头转速与走速是经过大量实验验证后的最佳选择。
作为优选方案，所述焊接板材为经TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料，其中，TiB2原位颗粒的含量为5～30wt％。
作为优选方案，所述搅拌头的转速为500～1000rpm。
作为优选方案，所述搅拌头的走速为100～400mm/min。
作为优选方案，步骤S3中，预热至焊接板材的表面软化，出现熔池即可。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过采用TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料作为焊缝填充材料的搅拌摩擦焊方法来改善铝合金的焊接性能，尤其是对于2XXX系列和7XXX系列这类难以用传统焊接方式加工的铝合金。TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料本身具有较高强度，经过搅拌摩擦焊过程中的强塑性变形，晶粒发生再结晶，得到细化，同时原位自生的TiB2颗粒随着材料的剧烈流动而弥散分布，强度和塑性得到提高。加之TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料与焊件铝合金材料相容性好，采用其作为焊缝填充材料能够有效解决铝合金焊接过程中存在的组织性能差，孔隙率高，焊缝强度低等问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明采用TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料作为焊缝填充材料的搅拌摩擦焊方法的原理示意图；
图2为TiB2/7050复合材料的搅拌摩擦加工区组织。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
实施例1：
铝合金焊件A和铝合金焊件C均为7050Al合金，铝基复合材料焊接填充板材B为原位铸造得到的含有5wt％TiB2的7050Al复合材料。其处理方法(如图1所示)为：(1)将铝合金焊件A、颗粒增强的铝基复合材料焊接填充板材B和铝合金焊件C两两水平对接放置在同一水平面上，并装夹固定；(2)将搅拌头移至焊件A与焊接填充板材B间的待焊部位；(3)控制搅拌头以500r/min的转速插入焊件和焊接填充板材间的待焊部位，直到轴肩的下端面与待焊部位上表面紧密接触后，停止下扎，对材料进行预热；(4)使搅拌头以100mm/min的走速沿着焊件和焊接填充板材的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止；(5)将搅拌头提起并移至焊件C与焊接填充板材B间的待焊部位，重复步骤(3)、(4)，完成焊接。图2所示是搅拌摩擦加工区的组织形貌。从图中可以看出，TiB2颗粒均匀分布在基体中，无团聚现象。亮白色相为析出相粒子，以细小弥散的形式存在。
实施例2：
铝合金焊件A和铝合金焊件C均为7050Al合金，铝基复合材料焊接填充板材B为原位铸造得到的含有12wt％TiB2的7050Al复合材料。其处理方法为：(1)将铝合金焊件A、颗粒增强的铝基复合材料焊接填充板材B和铝合金焊件C两两水平对接放置在同一水平面上，并装夹固定；(2)将搅拌头移至焊件A与焊接填充板材B间的待焊部位；(3)控制搅拌头以600r/min的转速插入焊件和焊接填充板材间的待焊部位，直到轴肩的下端面与待焊部位上表面紧密接触后，停止下扎，对材料进行预热；(4)使搅拌头以80mm/min的走速沿着焊件和焊接填充板材的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止；(5)将搅拌头提起并移至焊件C与焊接填充板材B间的待焊部位，重复步骤(3)、(4)，完成焊接。
实施例3：
铝合金焊件A和铝合金焊件C均为7075Al合金，铝基复合材料焊接填充板材B为原位铸造得到的含有8wt％TiB2的7075Al复合材料。其处理方法为：(1)将铝合金焊件A、颗粒增强的铝基复合材料焊接填充板材B和铝合金焊件C两两水平对接放置在同一水平面上，并装夹固定；(2)将搅拌头移至焊件A与焊接填充板材B间的待焊部位；(3)控制搅拌头以550r/min的转速插入焊件和焊接填充板材间的待焊部位，直到轴肩的下端面与待焊部位上表面紧密接触后，停止下扎，对材料进行预热；(4)使搅拌头以80mm/min的走速沿着焊件和焊接填充板材的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止；(5)将搅拌头提起并移至焊件C与焊接填充板材B间的待焊部位，重复步骤(3)、(4)，完成焊接。
实施例4：
铝合金焊件A和铝合金焊件C均为7075Al合金，铝基复合材料焊接填充板材B为原位铸造得到的含有25wt％TiB2的7075Al复合材料。其处理方法为：(1)将铝合金焊件A、颗粒增强的铝基复合材料焊接填充板材B和铝合金焊件C两两水平对接放置在同一水平面上，并装夹固定；(2)将搅拌头移至焊件A与焊接填充板材B间的待焊部位；(3)控制搅拌头以600r/min的转速插入焊件和焊接填充板材间的待焊部位，直到轴肩的下端面与待焊部位上表面紧密接触后，停止下扎，对材料进行预热；(4)使搅拌头以120mm/min的走速沿着焊件和焊接填充板材的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止；(5)将搅拌头提起并移至焊件C与焊接填充板材B间的待焊部位，重复步骤(3)、(4)，完成焊接。
实施例5：
铝合金焊件A和铝合金焊件C均为2024Al合金，铝基复合材料焊接填充板材B为原位铸造得到的含有15wt％TiB2的2024Al复合材料。其处理方法为：(1)将铝合金焊件A、颗粒增强的铝基复合材料焊接填充板材B和铝合金焊件C两两水平对接放置在同一水平面上，并装夹固定；(2)将搅拌头移至焊件A与焊接填充板材B间的待焊部位；(3)控制搅拌头以350r/min的转速插入焊件和焊接填充板材间的待焊部位，直到轴肩的下端面与待焊部位上表面紧密接触后，停止下扎，对材料进行预热；(4)使搅拌头以150mm/min的走速沿着焊件和焊接填充板材的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止；(5)将搅拌头提起并移至焊件C与焊接填充板材B间的待焊部位，重复步骤(3)、(4)，完成焊接。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将铝合金焊件A、焊接板材和铝合金焊件B依次水平对接置于同一平面上，并装夹固定；
S2：将搅拌头移动至铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位；
S3：控制所述搅拌头以30～1500rpm的转速插入铝合金焊件A和焊接板材之间的待焊接部位，直至轴肩的下端面与待焊接部位的上表面紧密接触，对焊接板材进行预热；
S4：控制所述搅拌头以50～800mm/min的走速沿着铝合金焊件A和焊接板材对接线的方向移动，直至焊接完成；
S5：将搅拌头提起并移至铝合金焊件B和焊接板材之间的待焊接部位，重复步骤S3和S4的操作，完成焊接。
2.如权利要求1所述的改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其特征在于，所述焊接板材为经TiB2原位颗粒增强的铝基复合材料，其中，TiB2原位颗粒的含量为5～30wt％。
3.如权利要求1所述的改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其特征在于，所述搅拌头的转速为500～1000rpm。
4.如权利要求1所述的改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其特征在于，所述搅拌头的走速为100～400mm/min。
5.如权利要求1所述的改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法，其特征在于，步骤S3中，预热至焊接板材的表面软化，出现熔池即可。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910199518.5A CN109877442A (zh) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910199518.5A CN109877442A (zh) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109877442A true CN109877442A (zh) | 2019-06-14 |
Family
ID=66932678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910199518.5A Pending CN109877442A (zh) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109877442A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110170739A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-27 | 南京航空航天大学 | 一种基于搅拌摩擦连接的结构孔再制造和强化方法 |
| CN111331242A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-06-26 | 北京艾路浦科技发展有限公司 | 一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法 |
| CN112157342A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-01 | 河北宇天材料科技有限公司 | 一种用于铝合金与铝基复合材料的搅拌摩擦扩散焊工艺 |
| CN112719566A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-04-30 | 昆山六丰机械工业有限公司 | 一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法 |
| US20220162723A1 (en) * | 2019-03-27 | 2022-05-26 | Osaka University | Surface-modifying method for steel material and steel structure |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7905383B1 (en) * | 2009-12-22 | 2011-03-15 | Chung Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, M.N.D. | Manufacturing method of metal matrix composite using friction stir welding |
| CN102717181A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-10 | 上海交通大学 | 一种搅拌摩擦焊接方法 |
| CN104801848A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-07-29 | 南昌航空大学 | 一种调控钛/铝异种金属搅拌摩擦焊接头中脆性相的方法 |
| CN106736269A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法 |
| CN107757060A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-03-06 | 西安交通大学 | 一种金属基表面复合材料及其制备方法 |
| CN108504907A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-07 | 上海交通大学 | 实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法 |
| CN108607986A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-10-02 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种复合材料摩擦增材制造方法 |
| CN108817642A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-16 | 南京航空航天大学 | 一种提高非热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头强度的方法 |
| CN109317811A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-12 | 罗曦芃 | Az61镁合金和gh4169钢异种金属材料搅拌摩擦铆焊方法 |
-
2019
- 2019-03-15 CN CN201910199518.5A patent/CN109877442A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7905383B1 (en) * | 2009-12-22 | 2011-03-15 | Chung Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, M.N.D. | Manufacturing method of metal matrix composite using friction stir welding |
| CN102717181A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-10 | 上海交通大学 | 一种搅拌摩擦焊接方法 |
| CN104801848A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-07-29 | 南昌航空大学 | 一种调控钛/铝异种金属搅拌摩擦焊接头中脆性相的方法 |
| CN106736269A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法 |
| CN107757060A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-03-06 | 西安交通大学 | 一种金属基表面复合材料及其制备方法 |
| CN108504907A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-07 | 上海交通大学 | 实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法 |
| CN108607986A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-10-02 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种复合材料摩擦增材制造方法 |
| CN108817642A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-16 | 南京航空航天大学 | 一种提高非热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头强度的方法 |
| CN109317811A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-12 | 罗曦芃 | Az61镁合金和gh4169钢异种金属材料搅拌摩擦铆焊方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙汝继: "颗粒增强汽车用铝基复合材料的搅拌摩擦焊接", 《电焊机》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220162723A1 (en) * | 2019-03-27 | 2022-05-26 | Osaka University | Surface-modifying method for steel material and steel structure |
| CN110170739A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-27 | 南京航空航天大学 | 一种基于搅拌摩擦连接的结构孔再制造和强化方法 |
| CN110170739B (zh) * | 2019-06-19 | 2021-01-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于搅拌摩擦连接的结构孔再制造和强化方法 |
| CN111331242A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-06-26 | 北京艾路浦科技发展有限公司 | 一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法 |
| CN111331242B (zh) * | 2019-10-17 | 2021-12-03 | 北京艾路浦科技发展有限公司 | 一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法 |
| CN112157342A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-01 | 河北宇天材料科技有限公司 | 一种用于铝合金与铝基复合材料的搅拌摩擦扩散焊工艺 |
| CN112719566A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-04-30 | 昆山六丰机械工业有限公司 | 一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109877442A (zh) | 改善铝合金搅拌摩擦焊接性能的方法 | |
| CN1326658C (zh) | 铝基复合材料超声波毛细焊接方法 | |
| CN106475677A (zh) | 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 | |
| CN104801848B (zh) | 一种调控钛/铝异种金属搅拌摩擦焊接头中脆性相的方法 | |
| CN106270890B (zh) | 一种铝钢钎焊方法 | |
| CN109590598A (zh) | 一种摩擦预热的惯性摩擦焊接工艺方法 | |
| CN1876302A (zh) | 铝合金及其复合材料非真空半固态振动流变连接方法 | |
| Kumar et al. | Intermetallic diminution during friction stir welding of dissimilar Al/Mg alloys in lap configuration via ultrasonic assistance | |
| CN108788504A (zh) | 一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法 | |
| CN107096974A (zh) | 一种基于窄间隙内薄层熔体超声细晶化处理提高钎焊焊缝强度的方法 | |
| CN109317811A (zh) | Az61镁合金和gh4169钢异种金属材料搅拌摩擦铆焊方法 | |
| CN107457382A (zh) | 一种半固态流变压铸生产装置 | |
| CN106636787B (zh) | 一种高韧性压铸铝合金及其制备方法 | |
| CN110394542A (zh) | 一种局部恒温预热搅拌摩擦焊接方法 | |
| CN108453369A (zh) | 一种用于厚板叠层铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头 | |
| CN108188563A (zh) | 一种搅拌摩擦焊接设备的使用方法 | |
| He et al. | Coupling effect of axial ultrasonic vibration and tool thread on the microstructure and properties of the friction stir lap welding joint of Al/Mg dissimilar alloys | |
| WO2018076986A1 (zh) | 一种锌合金及其制备方法 | |
| CN107236951B (zh) | 一种金属表面处理工艺 | |
| CN109175669A (zh) | 一种摩擦点焊增材制造方法 | |
| CN107617817A (zh) | 一种轻合金厚板的焊接方法 | |
| CN105057628A (zh) | 激光辅助液态金属同步铸轧无模成型方法 | |
| CN108857043A (zh) | 一种热丝搅拌摩擦焊方法 | |
| CN112453758B (zh) | 石墨烯增强ta1-q345中间层用焊丝及制备方法 | |
| CN103612009A (zh) | 在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190614 |