CN111037088A - 搅拌摩擦焊的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

一种搅拌摩擦焊的焊接工艺，包括以下步骤：提供铝合金板材，对铝合金板材进行清洁，再对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的合格铝合金板材；取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，再对两个合格铝合金板材进行预加热处理；通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝；对焊缝进行冷却，将焊缝冷却至室温；对焊缝进行去毛刺处理，完成焊接。上述搅拌摩擦焊的焊接工艺，对铝合金板材进行清洁，去除油污，进行预加热处理，改善铝合金板材塑性，焊接效果好。

Description

搅拌摩擦焊的焊接工艺

技术领域

本发明涉及锂电池汽车电池箱拼接焊接领域，特别是涉及一种搅拌摩擦焊的焊接工艺。

背景技术

电池箱，可以容纳一个或多个电池的部件，电池箱的基本功能也就是容纳和保护电池组，所以电池箱的结构既要保证具有足够的容纳空间，也要足够的机械强度及密封性，才能保证电池使用时的安全性，锂电池汽车是一种电动汽车，锂电池汽车作为一种新能源汽车，其动力电池包也需要使用电池箱进行容纳，随着电动汽车的发展，动力电池包作为纯电动汽车的核心部件，电池包的安全性逐渐凸显出来，直接影响到整车的安全性，一方面考虑到节省布置空间，另一方面为了满足汽车多变的运行环境，电池箱的设计一般使用框架结构，即边框、底框使用多个型材通过拼接焊接，得到电池箱，根据汽车工程学原理，车体重量对动力消耗具有一定影响，锂电池汽车的电池组重量一般较重，传统的电池箱通过冷轧钢板折弯冲压，而后焊接而成，而钢板重量比较重，严重影响了锂电池汽车的轻量化设计要求，因此，目前，新能源汽车锂电池汽车的电池箱体主要采用铝合金材质，进一步，综合考虑箱体结构、拼接焊接工艺、焊后形变等多方面因素，锂电池汽车的电池箱一般采用搅拌摩擦焊作为箱体焊接的主要焊接方式，采用搅拌摩擦焊代替了传统的氩弧焊，可以提高焊接接头的力学性能，并且避免产生熔焊缺陷，具有机械强度高、质量轻等优点，搅拌摩擦焊焊接时不需要辅材焊接，是直接通过金属之间的摩擦来完成，具有强度高、焊接效率高、质量稳定、一致性好等优点，并且可以根据具体生产要求，拼接成任意大小的电池箱。

然而，电池箱体作为电池组的载体，对电池组安全工作和防护起着关键作用，电池箱体设计，需要充分考虑多方面的因素，由于锂电池汽车的电池组一般放置在车体的底部，在路面积水较深时，电池组可能会被淹没，所以对电池箱体设计要求会更高，电池箱体需要密封防水，防止进水，避免安全隐患，还需要保证整个电池系统的能量密度，因此，在防水，可靠性及轻量化方面有比较严格的要求，所以通常会采用较薄的铝合金板材进行拼接焊接制备电池箱，但是，较薄的铝合金板材增加了搅拌摩擦焊焊接难度，在搅拌摩擦焊过程中，可能存在金属流动性较差的问题，容易使焊接得到的焊缝存在缺陷，而且搅拌摩擦焊过程中可能存在的内部孔洞或隧道等缺陷无法观察到，也很难进行修复，留在焊缝内部将严重影响焊缝的密封性及机械强度，从而影响整个电池箱的密封性及耐用性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种可以提高焊缝密封性，提高焊缝机械强度，保证焊接质量的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其焊接工艺的工艺流程简单，能够减少搅拌摩擦焊过程中焊缝的缺陷，焊接效果好。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种搅拌摩擦焊的焊接工艺，包括以下步骤：

提供铝合金板材，对所述铝合金板材进行清洁，再对完成清洁后的所述铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的合格铝合金板材；

取两个所述合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个所述合格铝合金板材进行固定，使两个所述合格铝合金板材的待焊接部位对接好，再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理；

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，使两个所述合格铝合金板材之间形成焊缝；

对所述焊缝进行冷却，将所述焊缝冷却至室温；

对所述焊缝进行去毛刺处理，使所述焊缝表面光滑，完成焊接。

在其中一种实施方式，在对所述铝合金板材进行清洁的操作中，先通过清洗剂对所述铝合金板材的表面进行清洗，去除所述铝合金板材表面的油渍及灰尘，再对所述铝合金板材进行水洗并烘干，完成清洁。

在其中一种实施方式，所述合格铝合金板材的表面的RFU≤49.5。

在其中一种实施方式，在再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个所述合格铝合金板材预加热后温度为215℃～265℃，预加热时间为55s～75s。

在其中一种实施方式，在通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，控制所述锥针搅拌头的转速为480rpm～560rpm，所述锥针搅拌头的行进速度为80mm/min～120mm/min。

在其中一种实施方式，在取两个所述合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个所述合格铝合金板材进行固定的操作中，两个所述合格铝合金板材之间留有间隙，所述间隙的宽度为0.25mm～1.25mm。

在其中一种实施方式，在通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，将所述锥针搅拌头部分插入到所述间隙中，所述锥针搅拌头插入所述间隙的深度0.11mm～0.58mm。

在其中一种实施方式，在对所述焊缝进行冷却的操作中，控制冷却速度为115℃/s～125℃/s。

在其中一种实施方式，所述铝合金板材的厚度为1.8mm～4.8mm。

在其中一种实施方式，在再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个所述合格铝合金板材的升温速度为8℃/s～12℃/s。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

上述搅拌摩擦焊的焊接工艺，在进行搅拌摩擦焊之前，先对铝合金板材进行清洁，可以去除铝合金板材表面的存在的油渍及灰尘，从而可以保证铝合金板材的待焊部没有油渍及灰尘，避免油渍及灰尘对搅拌摩擦焊造成影响，并且对完成清洁的铝合金板材进行油污检测，确保铝合金板材清洗干净，保证后续搅拌摩擦焊的顺利进行，清洁完成后再对得到的合格铝合金板材进行预加热处理，对合格铝合金板材进行预加热处理，可以使合格铝合金板材的整个板材在进行搅拌摩擦焊之前达到一定温度，避免直接对合格铝合金板材进行焊接，有利于改善合格铝合金板材的塑性，从而有利于提高后续进行搅拌摩擦焊时，合格铝合金板材的金属流动性，有利于促进合格铝合金板材待焊部之间的更好地接触，避免产生内部孔洞或隧道等缺陷，得到的焊缝的密封性好，焊接效果好，焊缝的机械强度高，焊接完成后还对焊缝进行去毛刺处理，可以进一步提高焊接得到焊缝的表面光滑度，提升焊接品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施方式的搅拌摩擦焊的焊接工艺的步骤流程图；

图2为本发明一实施方式的锥针搅拌头的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

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。

一实施方式，请参阅图1，一种搅拌摩擦焊的焊接工艺，包括以下步骤：

S110、提供铝合金板材，对铝合金板材进行清洁，再对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的合格铝合金板材。

需要说明的是，铝合金具有密度低，质量轻的特点，但铝合金的强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，广泛应用于工业生产中，提供的铝合金板材，由于铝合金板材在加工成型时，通过一系列的加工操作，铝合金板材的表面难免存在一定的油渍及灰尘，表面洁净度低，铝合金板材表面的油污，一方面，会影响后续搅拌摩擦焊的进行，使得得到的焊缝中存在油污，影响铝合金金属之间的结合度，从而影响焊接得到的焊缝的机械强度，使得搅拌摩擦焊的焊接质量受到影响，另一方面，铝合金板材表面存在油污，铝合金板材在搅拌摩擦焊过程中，会对与其接触的工作平台及设备部件造成污染，增加了后续工作平台及设备部件清洗的困难，因此，在进行搅拌摩擦焊之前，先对铝合金板材进行清洁，可以去除铝合金板材表面的存在的油渍及灰尘，去除铝合金板材表面的油污，从而可以保证铝合金板材的待焊部没有油渍及灰尘，避免进行搅拌摩擦焊时，焊缝中混有油污，从而避免油渍及灰尘对搅拌摩擦焊造成影响，同时，也避免污染与铝合金板材接触的工作平台及设备部件，避免工作平台及设备部件粘上油污，降低工作平台及设备部件的清洗难度，并且对完成清洁的铝合金板材进行油污检测，可以清楚了解铝合金板材的清洁情况，确保铝合金板材清洗干净，进一步保证后续搅拌摩擦焊的顺利进行。

一实施方式，在对铝合金板材进行清洁的操作中，先通过清洗剂对铝合金板材的表面进行清洗，去除铝合金板材表面的油渍及灰尘，再对铝合金板材进行水洗并烘干，完成清洁。可以理解，可以将铝合金板材放入到具有清洗剂的清洗缸中，通过清洗剂对铝合金板材进行清洗，去除油渍及灰尘，通过清洗剂清洗的铝合金板材再通过清水漂洗，再通过烘干除去铝合金板材表面的水分，完成清洁过程，得到洁净的铝合金板材，通过使用清洗剂来去除铝合金板材上的油渍及灰尘，具有去油污快速便捷的优点，相比于通常使用酒精擦拭除去油污，清洗剂可以的去除效果更好，可以更加彻底地除去油污，可以更加彻底去除铝合金板材表面的存在的油渍及灰尘，可以进一步保证铝合金板材的待焊部没有油渍及灰尘，从而避免油渍及灰尘对搅拌摩擦焊造成影响，同时，酒精擦拭并不能对酒精进行多次利用，需要投入的清洁成本较高，通过清洁剂对铝合金板材进行清洁，清洁剂可以多次使用，利用率较高，避免浪费，生产效益高。

一实施方式，合格铝合金板材的表面的RFU≤49.5。可以理解，在对铝合金板材进行清洁后，还通过SITA清洁度仪测试对完成清洁的铝合金板材的表面进行油污检测，可以得出铝合金板材表面的洁净度，可以清楚了解铝合金板材的清洁情况，对铝合金板材的清洁进行进一步把控，保证铝合金的洁净度达到要求，避免后续进行搅拌摩擦焊接时，铝合金板材存在油污应该焊接质量，也就是说，可以确保铝合金板材清洗干净，进一步保证后续搅拌摩擦焊的顺利进行，RFU(relative fluorescence units)是指相对荧光单位，在机械加工领域，RFU值常被用于做表面残留污染物检测，一般通过SITA清洁度仪测试金属表面，得到对应的RFU值，当RFU值大于49.5时，铝合金板材表面的油污含量较多，不能达到洁净度要求，可能对后续搅拌摩擦焊造成影响，影响焊缝的质量，为了保证搅拌摩擦焊的顺利进行，保证焊缝的质量，综合考虑之下，控制合格铝合金板材的表面的RFU≤49.5。

S120、取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，再对两个合格铝合金板材进行预加热处理。

需要说明的是，将两个油污检测合格的合格铝合金板材放置在焊接加工台上，此时，洁净的合格铝合金板材不会对焊接加工台造成污染，同时，洁净的合格铝合金板材有利于后续搅拌摩擦焊的顺利进行，根据生产需要，对两个合格铝合金板进行对接并通过夹具固定，在进行搅拌摩擦焊之前，先对两个合格铝合金板材进行预加热处理，使得两个合格铝合金板材均匀受热达到一定温度，由于直接对合格铝合金板材进行焊接，容易出现受热不均匀的现象，通常焊接处局部具有较高温度，此时，两个合格铝合金板材均受热不均匀，铝合金板材的金属流动性较差，不利于两个合格铝合金板材的固相扩散，影响焊接质量，对合格铝合金板材进行预加热处理，可以使合格铝合金板材的整个板材在进行搅拌摩擦焊之前均匀受热，达到一定温度，有利于改善合格铝合金板材的塑性，有利于避免两个合格铝合金板材存在局部温度过高的情况，从而有利于提高后续进行搅拌摩擦焊时，两个合格铝合金板材的金属流动性，有利于促进合格铝合金板材待焊部之间的更好地接触结合，避免产生内部孔洞或隧道等缺陷，使得得到的焊缝的密封性好，焊接效果好，焊缝的机械强度高。

一实施方式，在再对两个合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个合格铝合金板材预加热后温度为215℃～265℃，预加热时间为55s～75s。需要说明的是，本实施方式中，通过在焊接加工台上设置加热板，通过加热板对放置于焊接加工台上的两个合格铝合金板材进行预加热处理，加热板可以更加均匀地对两个合格铝合金板材进行加热，加热效果更好，通过预加热处理后，使得两个合格铝合金板材达到一定温度，其中，随着温度的升高，对两个合格铝合金板材的金属流动性促进效果更好，当两个合格铝合金板预加热后的温度低于215℃时，由于后续进行搅拌摩擦焊焊接时，焊接部位的局部温度较高，两个合格铝合金板材的温度低于215℃时，温度较低，对两个合格铝合金板材的金属流动性的促进效果较差，焊接得到的焊缝可能存在内部孔洞或隧道等缺陷，当两个合格铝合金板预加热后的温度高于265℃时，虽然可以提高后续进行搅拌摩擦焊时两个合格铝合金板材的金属流动性，但是，当两个合格铝合金板材的温度高于265℃时，两个合格铝合金板材的稳定性降低，容易影响后续焊接后的机械强度，且需要投入更多的热能源，增加了焊接生产成本，不利于提高生产效益，综合考虑之下，控制两个合格铝合金板材预加热后温度为215℃～265℃，另外，控制预加热时间为55s～75s，当预加热时间小于55s时，预加热时间较短，两个合格铝合金板材可能出现受热不均匀，甚至不能达到215℃～265℃的温度要求，影响预加热效果，当预加热时间大于75s时，预加热时间过长，也就是说，当两个合格铝合金板材达到215℃～265℃后继续进行保温的时间过长，两个合格铝合金板材基本能达到215℃～265℃的温度要求，两个合格铝合金板材达到215℃～265℃的温度要求后继续加热，会造成热能源浪费，降低生产效益，综合考虑之下，控制预加热时间为55s～75s。

又一实施方式，在再对两个合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个合格铝合金板材预加热后温度为235.4℃～259.6℃，预加热时间为61s～71s。

为了进一步保证预加热效果，提高生产效益，一实施方式，在再对两个合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个合格铝合金板材预加热后温度为253.6℃，预加热时间为62s。需要说明的是，控制两个合格铝合金板预加热后的温度为253.6℃时，可以保证后续进行搅拌摩擦焊时，两个合格铝合金板材的金属流动性的促进作用，同时，避免降低两个合格铝合金板材的稳定性，控制预加热时间为62s，可以避免预加热时间过长影响生产效益，避免预加热时间过短影响预加热效果。

一实施方式，在再对两个合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个合格铝合金板材的升温速度为8℃/s～12℃/s。需要说明的是，控制两个合格铝合金板材的升温速度为8℃/s～12℃/s，也就是控制预加热的升温速度为8℃/s～12℃/s，可以对两个合格铝合金板材进行均匀加热，当预加热的升温速度低于8℃/s，预加热速度过慢，降低了生产效率，需要投入更多的焊接时间，当预加热的升温速度高于12℃/s，预加热速度过快，可能出现局部升温过快的现象，影响预加热效果，综合考虑之下，控制两个合格铝合金板材的升温速度为8℃/s～12℃/s，也就是说，控制预加热的升温速度为8℃/s～12℃/s。

又一实施例，在再对两个合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个合格铝合金板材的升温速度为10.6℃/s。

S130、通过锥针搅拌头10对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝。

需要说明的是，通过高速旋转的锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材接触摩擦，通过搅拌摩擦产生的摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，使两个合格铝合金板材的连接部位的材料随温度升高软化，高速旋转的锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材之间的摩擦热，使锥针搅拌头10前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着锥针搅拌头10的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在锥针搅拌头10的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。

具体地，采用锥针搅拌头10对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，进一步地，请参阅图2，其中，锥针搅拌头10包括夹持连接端100、轴肩200及锥形搅拌针体300，轴肩200的一端与夹持连接端100连接，轴肩200远离夹持连接端100的一端开设有凹槽201，锥形搅拌针体300设置于凹槽201中，锥形搅拌针体300的半径从靠近轴肩200的一端向远离轴肩200的一端逐渐变小，锥形搅拌针体300开设有螺纹凹槽301。需要说明的是，轴肩200设置于夹持连接端100与锥形搅拌针体300之间，轴肩200靠近锥形搅拌针体300的一端开设有凹槽201，锥形搅拌针体300为锥形状，且锥形搅拌针体300设置有螺纹凹槽301，轴肩200设置了凹槽201，在搅拌焊接过程中，可以防止流动的铝合金金属的飞溅，有利于聚拢流动的铝合金金属，促进流动的铝合金金属在两个合格铝合金变板材之间形成焊缝，锥形搅拌针体300设置为锥形状，可以对轴肩200聚拢起来的流动的铝合金金属进行引流，同时，锥形搅拌针体300上开设了螺纹凹槽301，在高速旋转下，也可以对流动的铝合金金属起到很好的定向引流作用，使得流动的铝合金金属对两个合格铝合金板材之间进行更好地填充，由于铝合金金属的流动性良好，形成的焊缝密封性好，避免焊缝的内部存在孔洞或隧道，提高了焊接质量。

为了更好地防止流动的铝合金金属飞溅，进一步地，凹槽201的宽度从凹槽201的顶部向凹槽201的底部逐渐变窄。可以理解，凹槽201的宽度从凹槽201的顶部向底部逐渐变窄，也就是说，凹槽201设置为锥形状，可以使得凹槽201更好地防止流动的铝合金金属飞溅，更好地对流动的铝合金金属进行聚拢，同时，凹槽201为锥形状，配合凹槽201中的锥形搅拌针体300使用，可以使得聚拢得到的流动的铝合金金属更好地定向流动，对两个合格铝合金板材之间进行更好地填充，形成的焊缝密封性更好，焊接品质得到进一步提升。

一实施方式，在通过锥针搅拌头10对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，控制锥针搅拌头10的转速为480rpm～560rpm，锥针搅拌头10的行进速度为80mm/min～120mm/min。需要说明的是，通过锥针搅拌头10的高速旋转，可以与两个合格铝合金板材接触摩擦，一般是通过轴肩200与工件之间的摩擦，也就是与两个合格铝合金板材之间的摩擦产生的摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，进行焊接，随着锥针搅拌头10的转速变大，锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材之间的摩擦产生的摩擦热就越多，搅拌摩擦焊焊接时的温度就越高，其中，当锥针搅拌头10的转速小于480rpm时，锥针搅拌头10的旋转速度较慢，产生的摩擦热不足，难以达到实现焊接的焊接温度，也就是说，难以达到使两个合格铝合金板材的连接部位的材料随温度升高而软化的温度，金属流动性差，两个合格铝合金板材不能很好地焊接在一起，焊接效果差，当锥针搅拌头10的转速大于560rpm时，锥针搅拌头10的旋转速度过快，产生较多的摩擦热，使得锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材摩擦接触的位置的温度过高，容易破坏两个合格铝合金板材的晶粒结构，从而降低了搅拌摩擦焊焊接得到的焊缝结构的稳定性，降低了焊缝的机械强度，焊接质量差，综合考虑之下，控制锥针搅拌头10的转速为480rpm～560rpm。通过转速为480rpm～560rpm的锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材之间的摩擦热，使锥针搅拌头10前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着锥针搅拌头10的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在锥针搅拌头10的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝，当锥针搅拌头10的行进速度小于80mm/min时，锥针搅拌头10的行进速度过慢，锥针搅拌头10移动的较慢，影响铝合金金属的流动速度，同时，影响搅拌摩擦焊的焊接速度，降低了生产效率，当锥针搅拌头10的行进速度大于120mm/min时，锥针搅拌头10的行进速度过快，也就是锥针搅拌头10的移动速度过快，锥针搅拌头10未能与两个合格铝合金板材进行充分搅拌摩擦，使得铝合金金属的流动性较差，容易出现内部孔洞或隧道等缺陷，焊缝质量差，综合考虑之下，控制锥针搅拌头10的行进速度为80mm/min～120mm/min。

又一实施方式，在通过锥针搅拌头10对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，控制锥针搅拌头10的转速为534rpm～542rpm，锥针搅拌头10的行进速度为108mm/min～113mm/min。需要说明的是，将锥针搅拌头10的转速控制为534rpm～542rpm，锥针搅拌头10的行进速度控制为108mm/min～113mm/min，锥针搅拌头10转速适中，可以进一步避免锥针搅拌头10转速过快或过慢，保证摩擦搅拌焊的顺利进行，同时，锥针搅拌头10的行进速度适中，进一步避免锥针搅拌头10移动过快或过慢，进一步保证焊接质量。

一实施方式，在取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定的操作中，两个合格铝合金板材之间留有间隙，间隙的宽度为0.25mm～1.25mm。需要说明的是，两个合格铝合金板材之间留有间隙，便于锥针搅拌头10插入间隙中，增加锥针搅拌头10与两个合格铝合金板材的接触面积，可以更好地进行搅拌摩擦，提高搅拌摩擦焊的焊接效率，间隙的宽度控制为0.25mm～1.25mm，间隙宽度适中，避免间隙过窄，影响锥针搅拌头10的插入，同时，避免间隙过宽，一方面，间隙过宽需要较多的流动铝合金金属对间隙进行填充，增加了搅拌摩擦焊的焊接难度，另一方面，间隙过宽影响锥针搅拌头10与两个合金板材之间的接触，不能较好的进行摩擦产生摩擦热，影响搅拌摩擦焊的正常进行，综合考虑之下，间隙的宽度控制为0.25mm～1.25mm。

又一实施方式，在取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定的操作中，两个合格铝合金板材之间留有间隙，间隙的宽度为0.69mm～1.12mm。

一实施方式，在通过锥针搅拌头10对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，将锥针搅拌头10部分插入到间隙中，锥针搅拌头10插入间隙的深度0.11mm～0.58mm。例如，锥针搅拌头10插入间隙的深度为0.11mm、0.21mm、0.31mm、0.41mm、0.51mm或0.58mm。

S140、对焊缝进行冷却，将焊缝冷却至室温。

需要说明的是，对焊缝进行冷却操作，使得焊缝得到快速冷却至室温，本实施方式中，通过冰水对焊缝进行快速冷却，冷却效果好，且冰水不会对焊缝造成污染，可以保证焊接成品的品质，对焊缝进行快速冷却，可以提高焊缝的硬度，并使焊缝具有更好地金相组织，可以防止焊缝变形或开裂，大大提高了焊缝的机械强度，焊接效果好。

一实施方式，在对焊缝进行冷却的操作中，控制冷却速度为115℃/s～125℃/s。需要说明的是，可以通过控制冰水的流速来控制对焊缝的冷却速度，将冷却速度控制在115℃/s～125℃/s，可以使得冰水流速适中，避免冰水的流速过快或过慢，冰水流速过快，容易导致冰水资源投入量过大，造成浪费，冰水流速过慢，冷却较慢，冷却效果差，综合考虑之下，控制冷却速度为115℃/s～125℃/s。

S150、对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

需要说明的是，焊接得到的焊缝表面难免存在毛刺，通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺，除去焊接形成的焊缝表面的毛刺，可以进一步提高焊接得到焊缝的表面光滑度，提升焊接品质。

一实施方式，铝合金板材的厚度为1.8mm～4.8mm。例如，铝合金板材的厚度为1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或4.8mm，可以根据具体需要采用合适厚度的铝合金板材。

一实施方式，铝合金板材包括以下质量百分比的各组分：Si：9.3％～10.8％；Cu：0.92％～0.98％；Mg：0.08％～0.09％；Zn：0.8％～0.9％；Mn：0.95％～0.1％；Sn：0.32％～0.35％；Sr：0.12％～0.17％；Ti：0.11％～0.17％；B：0.11％～0.18％，余量为Al。需要说明的是，铝合金板材含有锶元素，可以有效提高铝合金板材的机械强度，同时，铝合金板材的韧性也得到了改善，有利于提高后续焊接得到的焊缝的机械强度及韧性，焊接效果好，其中，铝合金板材中含有的钛元素、硼元素，可以使得铝合金板材的表面质量更好，外观更加美观，使得焊接得到的成品品质更高。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

上述搅拌摩擦焊的焊接工艺，在进行搅拌摩擦焊之前，先对铝合金板材进行清洁，可以去除铝合金板材表面的存在的油渍及灰尘，从而可以保证铝合金板材的待焊部没有油渍及灰尘，避免油渍及灰尘对搅拌摩擦焊造成影响，并且对完成清洁的铝合金板材进行油污检测，确保铝合金板材清洗干净，保证后续搅拌摩擦焊的顺利进行，清洁完成后再对得到的合格铝合金板材进行预加热处理，对合格铝合金板材进行预加热处理，可以使合格铝合金板材的整个板材在进行搅拌摩擦焊之前达到一定温度，避免直接对合格铝合金板材进行焊接，有利于改善合格铝合金板材的塑性，从而有利于提高后续进行搅拌摩擦焊时，合格铝合金板材的金属流动性，有利于促进合格铝合金板材待焊部之间的更好地接触，避免产生内部孔洞或隧道等缺陷，得到的焊缝的密封性好，焊接效果好，焊缝的机械强度高，焊接完成后还对焊缝进行去毛刺处理，可以进一步提高焊接得到焊缝的表面光滑度，提升焊接品质。

以下是具体的实施例部分

实施例1

提供铝合金板材，铝合金板材厚度为2.8mm，在装有清洗剂的清洗槽中对铝合金板材进行清洗，再进行水洗后烘干，完成对铝合金板材的清洁，再通过SITA清洁度仪对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的RFU≤49.5的合格铝合金板材。

取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，两个合格铝合金之间留有间隙，间隙为0.25mm，控制预加热速度为8℃/s，将两个合格铝合金板材加热至215℃，然后保温一段时间，控制预加热时间为55s。

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，锥针搅拌头插入间隙的深度为0.11mm，控制锥针搅拌头的转速为480rpm，锥针搅拌头的行进速度为80mm/min，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝。

通过冰水对焊缝进行冷却，控制冷却速度为115℃/s，将焊缝冷却至室温。

通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

实施例2

提供铝合金板材，铝合金板材厚度为2.8mm，在装有清洗剂的清洗槽中对铝合金板材进行清洗，再进行水洗后烘干，完成对铝合金板材的清洁，再通过SITA清洁度仪对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的RFU≤49.5的合格铝合金板材。

取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，两个合格铝合金之间留有间隙，间隙为0.87mm，控制预加热速度为10℃/s，将两个合格铝合金板材加热至243℃，然后保温一段时间，控制预加热时间为68s。

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，锥针搅拌头插入间隙的深度为0.32mm，控制锥针搅拌头的转速为502rpm，锥针搅拌头的行进速度为98mm/min，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝。

通过冰水对焊缝进行冷却，控制冷却速度为121℃/s，将焊缝冷却至室温。

通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

实施例3

提供铝合金板材，铝合金板材厚度为2.8mm，在装有清洗剂的清洗槽中对铝合金板材进行清洗，再进行水洗后烘干，完成对铝合金板材的清洁，再通过SITA清洁度仪对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的RFU≤49.5的合格铝合金板材。

取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，两个合格铝合金之间留有间隙，间隙为1.25mm，控制预加热速度为12℃/s，将两个合格铝合金板材加热至265℃，然后保温一段时间，控制预加热时间为75s。

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，锥针搅拌头插入间隙的深度为0.58mm，控制锥针搅拌头的转速为560rpm，锥针搅拌头的行进速度为120mm/min，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝。

通过冰水对焊缝进行冷却，控制冷却速度为125℃/s，将焊缝冷却至室温。

通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

对比例1

提供铝合金板材，铝合金板材厚度为2.8mm，取两个铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，两个合格铝合金之间留有间隙，间隙为1.25mm，控制预加热速度为12℃/s，将两个合格铝合金板材加热至265℃，然后保温一段时间，控制预加热时间为75s。

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，锥针搅拌头插入间隙的深度为0.11mm，控制锥针搅拌头的转速为560rpm，锥针搅拌头的行进速度为120mm/min，使两个铝合金板材之间形成焊缝。

通过冰水对焊缝进行冷却，控制冷却速度为125℃/s，将焊缝冷却至室温。

通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

对比例2

提供铝合金板材，铝合金板材厚度为2.8mm，在装有清洗剂的清洗槽中对铝合金板材进行清洗，再进行水洗后烘干，完成对铝合金板材的清洁，再通过SITA清洁度仪对完成清洁后的铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的RFU≤49.5的合格铝合金板材。

取两个合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个合格铝合金板材进行固定，使两个合格铝合金板材的待焊接部位对接好，两个合格铝合金之间留有间隙，间隙为1.25mm。

通过锥针搅拌头对两个合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，锥针搅拌头插入间隙的深度为0.58mm，控制锥针搅拌头的转速为560rpm，锥针搅拌头的行进速度为120mm/min，使两个合格铝合金板材之间形成焊缝。

通过去毛刺机对焊缝进行去毛刺处理，使焊缝表面光滑，完成焊接。

上述各实施例中，铝合金板材的厚度皆为2.8mm，对实施例1、实施例2、实施例3、对比例1及对比例2焊接得到的焊缝进行各项测试，测试结果见表1。

表1

由上表可知，实施例1～3搅拌摩擦焊得到的焊缝均具有良好的机械力学性能，抗拉强度均达到600MPa以上，屈服强度大于580MPa，伸长率均大于8％，其中，实施例3搅拌摩擦焊得到的焊缝的机械性能最佳，所使用的焊接参数为最佳的焊接操作参数，通过对比例1与实施例3对比可知，在铝合金板材进行焊接前对铝合金板材进行清洁，有利于改善搅拌摩擦焊焊接得到的焊缝的机械强度，提高焊接质量，通过对比例2与实施例3对比可知，在铝合金进行焊接前对铝合金板材进行预加热处理以及焊接后对焊缝进行快速冷却处理，可以显著提高焊缝的机械性能，从而显著提升焊接品质，上述个实施例的搅拌摩擦焊的焊接工艺，可以提高合格铝合金板材的金属流动性，有利于促进合格铝合金板材待焊部之间的更好地接触，避免产生内部孔洞或隧道等缺陷，得到的焊缝的密封性好，焊接效果好，焊缝的机械强度高，焊接成品品质高。

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)

1.一种搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：

提供铝合金板材，对所述铝合金板材进行清洁，再对完成清洁后的所述铝合金板材进行油污检测，得到油污检测合格的合格铝合金板材；

取两个所述合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个所述合格铝合金板材进行固定，使两个所述合格铝合金板材的待焊接部位对接好，再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理；

通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊，使两个所述合格铝合金板材之间形成焊缝；

对所述焊缝进行冷却，将所述焊缝冷却至室温；

对所述焊缝进行去毛刺处理，使所述焊缝表面光滑，完成焊接。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在对所述铝合金板材进行清洁的操作中，先通过清洗剂对所述铝合金板材的表面进行清洗，去除所述铝合金板材表面的油渍及灰尘，再对所述铝合金板材进行水洗并烘干，完成清洁。

3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，所述合格铝合金板材的表面的RFU≤49.5。

4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个所述合格铝合金板材预加热后温度为215℃～265℃，预加热时间为55s～75s。

5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，控制所述锥针搅拌头的转速为480rpm～560rpm，所述锥针搅拌头的行进速度为80mm/min～120mm/min。

6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在取两个所述合格铝合金板材放置于焊接加工台上，并对两个所述合格铝合金板材进行固定的操作中，两个所述合格铝合金板材之间留有间隙，所述间隙的宽度为0.25mm～1.25mm。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在通过锥针搅拌头对完成预加热处理的两个所述合格铝合金板材的待焊接部位进行搅拌摩擦焊的操作中，将所述锥针搅拌头部分插入到所述间隙中，所述锥针搅拌头插入所述间隙的深度0.11mm～0.58mm。

8.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在对所述焊缝进行冷却的操作中，控制冷却速度为115℃/s～125℃/s。

9.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，所述铝合金板材的厚度为1.8mm～4.8mm。

10.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，在再对两个所述合格铝合金板材进行预加热处理的操作中，控制两个所述合格铝合金板材的升温速度为8℃/s～12℃/s。

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