本發(fā)明為一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的攪拌摩擦焊方法，屬于焊接作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料由于其具有一系列的優(yōu)點，如比強度和比模量高、導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)低、高溫性能好、耐磨性好等，目前已廣泛受到航空航天、武器裝備、汽車、儀表電子等領(lǐng)域的青睞，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于復(fù)合材料中的增強相和基體鋁合金之間的物理化學性能如熔點、熱膨脹系數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)等差異巨大，使得碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的焊接比焊接單相材質(zhì)要困難許多，盡管碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備和機械加工技術(shù)已相對成熟，但這種材料的連接問題，一直沒有得到很好的解決，成為其廣泛市場化應(yīng)用的瓶頸難題。

目前，針對碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料焊接的研究包含了熔化焊、擴散焊和釬焊等，對碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料攪拌摩擦焊雖有研究，但僅限于對接接頭與搭接接頭的研究。以有研究表明，在采用熔化焊進行碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料焊接的過程中，存在焊縫成形差、sic顆粒與鋁合金基體之間存在脆性相al4c3等缺陷；擴散焊限制構(gòu)件的形狀，且焊縫中間沒有增強相sic顆粒；釬焊過程中，表面氧化膜的存在嚴重影響接頭力學性能，釬縫中間部位沒有增強相sic顆粒，接頭力學性能差。而對于碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的封接，目前僅限于用釬焊的方法對其進行封接，且釬焊后的碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體剪切強度較低，因此如何設(shè)計一種優(yōu)良的碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的焊接方法成為目前急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的攪拌摩擦焊方法。

為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的：

一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的攪拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件預(yù)處理，首先根據(jù)焊接作業(yè)需要，將與盒體側(cè)壁進行焊接位置處的蓋板進行銑削加工，使得蓋板焊接位置處的厚度為蓋板正常后的1/3—2/3，然后對盒體側(cè)壁和蓋板表面進行打磨處理，清除盒體側(cè)壁和蓋板表面的固體雜質(zhì)和毛刺缺陷，然后由去離子對盒體側(cè)壁和蓋板進行清洗并冷風干燥后，最后通過夾具使蓋板焊接接觸位于與盒體焊接接觸位置相抵，且蓋板與盒體側(cè)壁間相互垂直分布，并構(gòu)成橫截面呈“丅”字型的連接結(jié)構(gòu)，其中蓋板前端面超出盒體側(cè)壁側(cè)表面至少15毫米；

第二步，焊接前預(yù)處理，完成第一步作業(yè)后，將摩擦焊接設(shè)備的攪拌頭保持逆時針方向旋轉(zhuǎn)，并以800—1200r/min的勻速轉(zhuǎn)速條件下沿與蓋板表面垂直方向壓下，其中壓下速度為0.5—0.7mm/min，并由攪拌頭在蓋板表面上形成深度為不超過0.2mm的壓痕槽；

第三步，焊接作業(yè)，在完成第二步作業(yè)并延時0.1—1秒后，在保持攪拌頭運行狀態(tài)不變條件下，驅(qū)動攪拌頭沿蓋板與盒體側(cè)壁間焊接位置勻速運動，運動速度為150—300mm/min，直至攪拌頭勻速走完蓋板與盒體側(cè)壁間全部焊接位置后，將攪拌頭提升，完成焊接作業(yè)。

進一步的，所述的第二步中在進行壓下作業(yè)時，攪拌頭軸線與盒體側(cè)壁間相互平行分布，并保持0—0.8mm的間隙，攪拌頭前端面與蓋板表面呈0°—2.5°夾角。

進一步的，其特征在于，所述的第二步中攪拌頭與蓋板第一接觸點和第三步中攪拌頭與蓋板的最后分離點均位于盒體側(cè)壁外，并與盒體側(cè)壁外表面間距為3—25mm。

進一步的，其特征在于，所述的在進行第二步和第三步作業(yè)時，同時對攪拌頭和蓋板接觸位置進行冷凝水冷卻，且冷卻水流向與攪拌頭焊接運行方向相反。

進一步的，冷凝水的溫度為0℃—10℃，流量為4-8l/min。

進一步的，所述的蓋板厚度不超過1.5mm，盒體側(cè)壁的厚度為1mm—5mm，且碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料中增強相體積分數(shù)不超過15%。

進一步的，所述的第二部和第三步中，焊接環(huán)境溫度為5℃-30℃，環(huán)境濕度為40%-60%，焊接作業(yè)的溫度為450℃-570℃。

本發(fā)明的積極效果：

（1）焊接過程中盒體內(nèi)部溫度低，不超過150℃，焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小，殘余應(yīng)力低，焊接的盒體不變形；

(2)能一次完成不同位置的焊接；

(3)操作過程方便實現(xiàn)機械化與自動化、且能耗低、功效高、對作業(yè)環(huán)境要求低。

(4)無需添加焊絲，不需焊前除氧化膜，不需要保護氣體，成本低；

(5)焊接后的盒體剪切強度高，接頭組織致密，能滿足盒體的氣密性要求；

(6)焊接過程安全、無污染、無煙塵、無輻射。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式來詳細說明本發(fā)明

圖1：為本發(fā)明制備方法流程圖；

圖2：為焊接作業(yè)溫度變化圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

實施例1

如圖1和2所示一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的攪拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件預(yù)處理，首先根據(jù)焊接作業(yè)需要，將與盒體側(cè)壁進行焊接位置處的蓋板進行銑削加工，使得蓋板焊接位置處的厚度為蓋板正常后的1/3，然后對盒體側(cè)壁和蓋板表面進行打磨處理，清除盒體側(cè)壁和蓋板表面的固體雜質(zhì)和毛刺缺陷，然后由去離子對盒體側(cè)壁和蓋板進行清洗并由0℃冷風干燥后，最后通過夾具是蓋板焊接接觸位于與盒體焊接接觸位置相抵，且蓋板與盒體側(cè)壁間相互垂直分布，并構(gòu)成橫截面呈“丅”字型的連接結(jié)構(gòu)，其中蓋板前端面超出盒體側(cè)壁側(cè)表面16mm；

第二步，焊接前預(yù)處理，完成第一步作業(yè)后，將攪拌摩擦焊接設(shè)備的攪拌頭保持逆時針方向旋轉(zhuǎn)，并以1000r/min的勻速轉(zhuǎn)速條件下沿與蓋板表面垂直方向壓下，其中壓下速度為0.6mm/min，并由攪拌頭在蓋板表面上形成深度為0.2mm的壓痕槽，在進行壓下作業(yè)時，攪拌頭軸線與盒體側(cè)壁間相互平行分布，并保持0—0.8mm的間隙，攪拌頭前端面與蓋板表面呈0°—2.5°夾角；

第三步，焊接作業(yè)，在完成第二步作業(yè)并延時0.5秒后，在保持攪拌頭運行狀態(tài)不變條件下，驅(qū)動攪拌頭沿蓋板與盒體側(cè)壁間焊接位置勻速運動，運動速度為200mm/min，直至攪拌頭勻速走完蓋板與盒體側(cè)壁間全部焊接位置后，將攪拌頭提升，完成焊接作業(yè)。

本實施例中，所述的第二步中本實施例中，其特征在于，所述的第二步中攪拌頭與蓋板第一接觸點和第三步中攪拌頭與蓋板的最后分離點均位于盒體側(cè)壁外，并與盒體側(cè)壁外表面間距為3mm。

本實施例中，其特征在于，所述的在進行第二步和第三步作業(yè)時，同時對攪拌頭和蓋板接觸位置進行冷凝水冷卻，且冷卻水流向與攪拌頭焊接運行方向相反。

本實施例中，冷凝水的溫度為0℃，流量為8l/min。

本實施例中，所述的蓋板厚度為1.2mm，盒體側(cè)壁厚度為3.5mm，且焊接增強相體積分數(shù)為15%。

本實施例中，所述的第二部和第三步中，焊接環(huán)境溫度為25℃，環(huán)境濕度為45%，焊接作業(yè)的溫度為510℃。

實施例2

如圖1和2所示一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料盒體的攪拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件預(yù)處理，首先根據(jù)焊接作業(yè)需要，將與盒體側(cè)壁進行焊接位置處的蓋板進行銑削加工，使得蓋板焊接位置處的厚度為蓋板正常厚度的1/2，然后對盒體側(cè)壁和蓋板表面進行打磨處理，清除盒體側(cè)壁和蓋板表面的固體雜質(zhì)和毛刺缺陷，然后由去離子對盒體側(cè)壁和蓋板進行清洗并以-5℃冷風干燥后，最后通過夾具使蓋板焊接接觸位于與盒體焊接接觸位置相抵，且蓋板與盒體側(cè)壁間相互垂直分布，并構(gòu)成橫截面呈“丅”字型的連接結(jié)構(gòu)，其中蓋板前端面超出盒體側(cè)壁側(cè)表面20毫米；

第二步，焊接前預(yù)處理，完成第一步作業(yè)后，將攪拌摩擦焊接設(shè)備的攪拌頭保持逆時針方向，并以900r/min的勻速轉(zhuǎn)速條件下沿與蓋板表面垂直方向壓下，其中壓下速度為0.7mm/min，并由攪拌頭在蓋板表面上形成深度為0.1mm的壓痕槽，進行壓下作業(yè)時，攪拌頭軸線與盒體側(cè)壁間相互平行分布，并保持0—0.5mm的間隙，攪拌頭前端面與蓋板表面呈0°—1.5°夾角。

第三步，焊接作業(yè)，在完成第二步作業(yè)并延時1秒后，在保持攪拌頭運行狀態(tài)不變條件下，驅(qū)動攪拌頭沿蓋板與盒體側(cè)壁間焊接位置勻速運動，運動速度為180mm/min，直至攪拌頭勻速走完蓋板與盒體側(cè)壁間全部焊接位置后，將攪拌頭提升，完成焊接作業(yè)。

本實施例中，其特征在于，所述的第二步中攪拌頭與蓋板第一接觸點和第三步中攪拌頭與蓋板的最后分離點均位于盒體側(cè)壁外，并與盒體側(cè)壁外表面間距為5mm。

本實施例中，其特征在于，所述的在進行第二步和第三步作業(yè)時，同時對攪拌頭和蓋板接觸位置進行冷凝水冷卻，且冷卻水流向與攪拌頭焊接運行方向相反。

本實施例中，冷凝水的溫度為10℃，流量為4l/min。

本實施例中，所述的蓋板與盒體側(cè)壁厚度為1mm，且焊接增強相體積分數(shù)為15%。

本實施例中，所述的第二部和第三步中，焊接環(huán)境溫度為10℃，環(huán)境濕度為60%，焊接作業(yè)的溫度為450℃。

本發(fā)明的積極效果：

（1）焊接過程中盒體內(nèi)部溫度低，不超過150℃，焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小，殘余應(yīng)力低，焊接的盒體不變形；

(2)能一次完成不同位置的焊接；

(3)操作過程方便實現(xiàn)機械化與自動化、且能耗低、功效高、對作業(yè)環(huán)境要求低。

(4)無需添加焊絲，不需焊前除氧化膜，不需要保護氣體，成本低；

(5)焊接后的盒體剪切強度高，接頭組織致密，能滿足盒體的氣密性要求；

(6)焊接過程安全、無污染、無煙塵、無輻射。

本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。