一種適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，通過在鋼板和鋁板的搭接部位加入純鋅或者鋁鋅薄片，通過攪拌摩擦過程中的摩擦和變形產熱將薄片熔化，采用純鋅或者鋁鋅薄片作為鋁鋼接頭的中間過渡層，可以抑制鋁鋼之間形成脆性金屬間化合物，使得鋼板和鋁板形成有效的搭接，最后可以獲得焊縫成形美觀、力學性能優(yōu)異、強度可靠的鋁鋼異種材料搭接接頭。
【專利說明】一種適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊方法，具體涉及一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法。
【背景技術】
[0002]攪拌摩擦焊作為一種先進的固相連接技術，自1991年由英國焊接研究所(TheWelding Institute, TH)發(fā)明以來，由于其具有焊接變形小、殘余應力小,接頭質量好,無需保護氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，不產生弧光、煙塵、噪音等污染，同時具有焊接操作簡單、便于自動化焊接、焊接效率高等顯著優(yōu)點，攪拌摩擦焊已經在航天、航空、造船、列車、汽車、電力等多個工業(yè)制造領域得到廣泛應用。近年來，環(huán)保問題越來越受到世界各國的重視，汽車工業(yè)為了節(jié)約燃料、保護環(huán)境、不斷努力減輕汽車重量，因此對汽車用材料提出了更高的要求。從21世紀初開始，國內外許多研究機構和汽車生產廠家便一直在尋找一種有效的焊接方法來減輕汽車的重量。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一，所以在汽車工業(yè)生產中，采用鋼和鋁雙金屬焊接結構成為汽車輕量化的首選方案，而這當中必然涉及到鋁和鋼兩種異種材料之間的連接。鋁鋼焊接的主要問題是兩者之間的的固溶度較低、熱物理性能差異較大，并且兩者極易反應生成脆性的金屬間化合物，這種脆性的金屬間化合物極大地降低了焊接接頭的力學性能。當前，鋁鋼異種材料之間的焊接大體上可將其分為壓焊、釬焊和熔焊。但是，壓力焊和釬焊方法效率較低，對工件的尺寸和形狀有特殊的要求，不適于大批量生產。而熔焊方法中金屬間化合物又成為不可避免的附加產物。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提供一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，解決了鋁鋼異種材料搭接時由鐵鋁金屬間化合物導致的連接接頭脆化、連接強度低以及因熱漲系數差異過大而造成的接頭失效的問題。
[0004]本發(fā)明的方法是通過以下步驟實現的:一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，如下:
[0005]步驟一、將待焊鋼板和鋁板的接觸表面及周圍清理干凈，去除試件表面的氧化物，并采用酒精或者丙酮擦拭鋼板與鋁板的表面，去除油污及雜物；
[0006]步驟二、根據待焊材料選取厚度范圍為0.05mm-0.2mm的純鋅或者鋁鋅的薄片，根據攪拌頭軸肩的直徑確定薄片的寬度，薄片的寬度比軸肩的直徑大2-5mm，根據鋼板和鋁板接頭的搭接的長度確定薄片的長度；
[0007]步驟三、組成鋁板在上、鋼板在下的搭接接頭，薄片處在搭接接頭的中間，分別與鋼板的上表面和鋁板的下表面相接觸；
[0008]步驟四、選取焊接參數范圍為:攪拌針壓入量0.05-0.3mm，焊接速度IO-1OOOmm/min,轉速200-1500r/min,傾斜角度1_5° ,進行攪拌摩擦焊接,焊接過程中，一方面通過攪拌頭上的攪拌針與鋼板進行接觸攪拌，形成鋼和鋁的固相連接，另一方面，利用攪拌頭與鋁板的摩擦和塑性變形產熱，使薄片熔化，在鋼板和鋁板中間形成自釬焊連接來對搭接接頭進行焊接。
[0009]本發(fā)明還具有如下技術特征:
[0010]1、所述的步驟一中，鋼板為普通低碳鋼或者是低合金鋼，鋁板為純鋁或者是鋁合金。
[0011]2、所述的攪拌頭的材質為鎳基合金、碳化鶴鈷合金、Wo-Co合金鋼或者多晶立方氮化硼，焊具能夠重復使用。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:一、本發(fā)明是釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，通過在鋼板和鋁板的搭接部位加入純鋅或者鋁鋅薄片，通過攪拌摩擦過程中的摩擦和變形產熱將其熔化，采用鋅或者鋁鋅薄片作為鋁鋼接頭的中間過渡層，可以防止鋁和鋼之間的直接接觸，抑制鋁鋼之間形成脆性金屬間化合物，使得鋼板和鋁板形成有效的搭接，最后可以獲得焊縫成形美觀、力學性能優(yōu)異、強度可靠的鋁鋼異種材料搭接接頭；二、焊接操作過程簡單，能有效縮短焊接周期，易于實現自動化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的鋼板、薄片和鋁板的放置位置示意圖；
[0014]圖2是釬焊輔助攪拌摩擦焊過程側視圖；
[0015]圖3是釬焊輔助攪拌摩擦焊過程立體示意圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]結合圖1?圖3說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現的:
[0018]步驟一、利用鋼刷將待焊鋼板和鋁板的接觸表面及周圍清理干凈，去除試件表面的氧化物，并采用有機溶劑酒精或者丙酮擦拭鋼板與鋁板的表面，去除油污等雜物；
[0019]步驟二、根據待焊材料選取厚度為0.05mm的純鋅的薄片2，根據攪拌頭軸肩的直徑確定薄片的寬度，薄片的寬度比軸肩的直徑大5mm，根據鋼板和鋁板接頭的搭接的長度確定薄片的長度；
[0020]步驟三、組成鋁板I在上、鋼板2在下的搭接接頭，薄片2處在搭接接頭的中間，分別與鋼板的上表面和鋁板的下表面相接觸；
[0021]步驟四、選取焊接參數范圍為:攪拌針5壓入量0.05mm,焊接速度10mm/min,轉速200r/min，傾斜角度1°，進行攪拌摩擦焊接，焊接過程中，一方面通過攪拌頭4上的攪拌針5與鋼板進行接觸攪拌，形成鋼和鋁的固相連接，另一方面，利用攪拌頭與鋁板的摩擦和塑性變形產熱，使薄片熔化，在鋼板和鋁板中間形成自釬焊連接來對搭接接頭進行焊接。
[0022]所述的鋼板為普通低碳鋼，鋁板為純鋁。所述的攪拌頭的材質為鎳基合金、碳化鎢鈷合金、Wo-Co合金鋼或者多晶立方氮化硼，焊具能夠重復使用。
[0023]實施例2
[0024]步驟一、利用鋼刷將待焊鋼板和鋁板的接觸表面及周圍清理干凈，去除試件表面的氧化物，并采用有機溶劑酒精或者丙酮擦拭鋼板與鋁板的表面，去除油污等雜物；
[0025]步驟二、根據待焊材料選取厚度范圍為0.2mm的鋁鋅的薄片，根據攪拌頭軸肩的直徑確定薄片的寬度，薄片的寬度比軸肩的直徑大2mm，根據鋼板和鋁板接頭的搭接的長度確定薄片的長度；
[0026]步驟三、組成鋁板在上、鋼板在下的搭接接頭，薄片處在搭接接頭的中間，分別與鋼板的上表面和鋁板的下表面相接觸；
[0027]步驟四、選取焊接參數范圍為:攪拌針壓入量0.3mm,焊接速度1000mm/min,轉速1500r/min，傾斜角度5°，進行攪拌摩擦焊接，焊接過程中，一方面通過攪拌頭上的攪拌針與鋼板進行接觸攪拌，形成鋼和鋁的固相連接，另一方面，利用攪拌頭與鋁板的摩擦和塑性變形產熱，使薄片熔化，在鋼板和鋁板中間形成自釬焊連接來對搭接接頭進行焊接。
[0028]所述的鋼板為低合金鋼，鋁板為鋁合金。所述的攪拌頭的材質為鎳基合金、碳化鎢鈷合金、Wo-Co合金鋼或者多晶立方氮化硼，焊具能夠重復使用。
【權利要求】
1.一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，其特征在于，方法如下: 步驟一、將待焊鋼板和鋁板的接觸表面及周圍清理干凈，去除試件表面的氧化物，并采用酒精或者丙酮擦拭鋼板與鋁板的表面，去除油污及雜物； 步驟二、根據待焊材料選取厚度范圍為0.05mm-0.2mm的純鋅或者鋁鋅的薄片，根據攪拌頭軸肩的直徑確定薄片的寬度，薄片的寬度比軸肩的直徑大2-5mm，根據鋼板和鋁板接頭的搭接的長度確定薄片的長度； 步驟三、組成鋁板在上、鋼板在下的搭接接頭，薄片處在搭接接頭的中間，分別與鋼板的上表面和鋁板的下表面相接觸； 步驟四、選取焊接參數范圍為:攪拌針壓入量0.05-0.3_，焊接速度10-1000mm/min，轉速200-1500r/min,傾斜角度1_5° ,進行攪拌摩擦焊接,焊接過程中，一方面通過攪拌頭上的攪拌針與鋼板進行接觸攪拌，形成鋼和鋁的固相連接，另一方面，利用攪拌頭與鋁板的摩擦和塑性變形產熱，使薄片熔化，在鋼板和鋁板中間形成自釬焊連接來對搭接接頭進行焊接。
2.根據權利要求1所述的一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述的步驟一中，鋼板為普通低碳鋼或者是低合金鋼，鋁板為純鋁或者是招合金。
3.根據權利要求1所述的一種用于適于鋁鋼異種材料搭接的釬焊輔助攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述的攪拌頭的材質為鎳基合金、碳化鎢鈷合金、Wo-Co合金鋼或者多晶立方氮化硼，焊具能夠重復使用。
【文檔編號】B23K31/02GK103934584SQ201410102666
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2014年3月13日
【發(fā)明者】黃永憲, 萬龍, 郭偉強, 黃體方, 呂世雄, 呂宗亮, 王耀彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學