專利名稱：一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種摩擦焊工藝方法，尤其是一種一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝方法。
背景技術(shù)：
構(gòu)件輕量化設(shè)計(jì)是提高性能、節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染的有效途徑。在航空航天領(lǐng)域，民用飛機(jī)的重量每減少I磅，帶來的經(jīng)濟(jì)效益是300美元，戰(zhàn)斗機(jī)為3000美元，而航天器達(dá)到30000美元。在汽車行業(yè)，汽車自重降低10 %，燃油效率就可以提升6 8%，整車重量每減少100公斤，每百公里油耗可降低O. 3 O. 6升，C02排放可減少約5克/公里。在當(dāng)今全球能源危機(jī)和環(huán)境 污染日益加劇的大背景下，提高裝備的輕量化意義更顯重大。而輕量化的主要途徑之一是在保證性能和安全的條件下采用輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料。眾所周知，目前鋁合金是在飛機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用比例最多的金屬材料，其原因主要是在于它的高比強(qiáng)度、高比剛度等性能。但隨著人們對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件輕量化需求的進(jìn)一步提高，現(xiàn)有的鋁合金顯得越來越無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了進(jìn)一步提高鋁合金板材的力學(xué)性能以達(dá)到迎合國(guó)際上呼聲越來越高的節(jié)能排除的趨勢(shì)，利用攪拌摩擦焊焊焊核區(qū)域的力學(xué)性能優(yōu)于母材的特點(diǎn)，提出一種可制備高力學(xué)性能的攪拌摩擦焊加工的工藝方法，該方法為新型高性能材料的制備提供了一種新的工藝與思路。同時(shí)，還設(shè)計(jì)了一種專用的雙螺旋攪拌頭。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝方法，其步驟為步驟一、將板材放置在工作臺(tái)上并用夾具裝夾固定；步驟二、雙螺旋攪拌頭的攪拌針以100 2400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入板材表面；攪拌針扎入速度為I 4_/分，攪拌針扎入工件深度比工件厚度小O O. 2mm,保持軸肩端面與工件上表面緊密貼合且有一定的下壓力。步驟三、當(dāng)雙螺旋攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，雙螺旋攪拌頭以50 1500mm/分的速度沿著板材橫向方向水平移動(dòng)，直到板材邊緣。步驟四、依次重復(fù)步驟二、三，且保證雙螺旋攪拌頭的路徑和上一次攪拌摩擦焊的混跡的下邊緣盡量重合，以便起到焊核區(qū)域良好疊加的效果，直到整個(gè)板材處理完成。本發(fā)明的有益效果是使鋁合金板材由大量細(xì)小的等軸晶組成，大大提高鋁合金板材的力學(xué)性能與耐腐蝕性能，為飛機(jī)、汽車等金屬結(jié)構(gòu)件的輕量化提供高性能的金屬材料；該方法同樣適合于鎂合金等輕質(zhì)金屬，為制備新型優(yōu)質(zhì)的金屬材料提供了一條新的工藝與思路。


圖I是制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝過程示意圖。圖2是本發(fā)明專用的雙螺旋攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是焊核區(qū)域截面示意圖。圖中I.板材，2.攪拌頭，3.攪拌針，4.軸肩端面，5.焊核。
具體實(shí)施例方式如圖2所示軸肩端面4為雙螺旋結(jié)構(gòu)，攪拌針3呈錐形，攪拌針的根部直徑介于I.3 I. 5倍板厚之間且錐角小于2°，以便于擴(kuò)大焊核區(qū)域的面積。如圖I-圖3所示一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝方法，其步驟為步驟一、將板材I放置在工作臺(tái)上并用夾具裝夾固定；步驟二、雙螺旋攪拌頭2的攪拌針3以100 2400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速《扎入板材I表面；攪拌針3扎入速度為I 4mm/分，攪拌針3扎入工件深度比工件厚度小0 0. 2mm,保持軸肩端面4與板材I上表面緊密貼合且有一定的下壓力。步驟三、當(dāng)雙螺旋攪拌頭2達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，雙螺旋攪拌頭2以50 1500mm/分的速度V沿著板材I橫向從左向右水平移動(dòng)，直到板材I右側(cè)邊緣。步驟四、依次重復(fù)步驟二、三，保證雙螺旋攪拌頭的路徑和上一次攪拌摩擦焊的混跡的下邊緣盡量重合，以便起到焊核區(qū)域5良好疊加的效果，直到整個(gè)板材處理完成。
權(quán)利要求
1.ー種雙螺旋攪拌頭，其特征在于軸肩端面為雙螺旋結(jié)構(gòu)，攪拌針呈錐形，攪拌針的根部直徑介于I. 3 I. 5倍板厚之間且錐角小于2。。
2.一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊エ藝方法，其步驟為 步驟一、將板材放置在工作臺(tái)上并用夾具裝夾固定； 步驟ニ、雙螺旋攪拌頭的攪拌針以100 2400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入板材表面；攪拌針扎入速度為I 4_/分，攪拌針扎入エ件深度比エ件厚度小0 0. 2mm,保持軸肩端面與エ件上表面緊密貼合且有一定的下壓カ； 步驟三、當(dāng)雙螺旋攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，雙螺旋攪拌頭以50 1500mm/分的速度沿著板材橫向方向水平移動(dòng)，直到板材邊緣； 步驟四、依次重復(fù)步驟ニ、三，且保證雙螺旋攪拌頭的路徑和上一次攪拌摩擦焊的混跡的下邊緣盡量重合，以便起到焊核區(qū)域良好疊加的效果，直到整個(gè)板材處理完成。
全文摘要
一種制備高性能鋁合金板材的攪拌摩擦焊工藝方法，它涉及一種攪拌摩擦焊加工技術(shù)。本發(fā)明解決了鋁合金板材輕量化問題，在保證同等力學(xué)強(qiáng)度前提下其質(zhì)量最輕，為提高飛機(jī)、汽車等結(jié)構(gòu)的輕量化提供了一種新的工藝與思路。將板材放置在工作臺(tái)上并用夾具裝夾固定；攪拌頭的攪拌針以100～2400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入板材表面，保持軸肩端面與工件上表面緊密貼合且有一定的下壓力；當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以50～1500mm/分的速度沿著板材橫向方向水平移動(dòng)，直到板材邊緣；依次重復(fù)上述工藝過程且保證攪拌頭的路徑和上一次攪拌摩擦焊的混跡的下邊緣盡量重合，以便起到焊核區(qū)域良好疊加的效果，直到整個(gè)板材處理完成。
文檔編號(hào)B23K103/10GK102626824SQ201210131998
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者呂贊, 姬書得, 岳玉梅, 張利國(guó), 李亮, 楊天智 申請(qǐng)人:沈陽航空航天大學(xué)