铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法技术

本发明专利技术公开了铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，包括搅拌头本体，搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，搅拌针上部设置有搅拌针针尖，搅拌针呈梯形状结构，搅拌针底部设置有轴肩，轴肩为同心圆式，搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。本发明专利技术的有益效果是：采用窄台阶搭接(台阶宽度明显小于焊缝深度)搅拌摩擦焊搅拌头、研发新型窄搭接搅拌摩擦焊焊接工艺方法，实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接，提高搅拌摩擦焊冷板类结构的冷却效率，增加了焊接过程中材料的流动性、减少了焊接压力与搅拌头轴肩宽度，显著提高了焊接结构设计效率、提高了冷板空间利用率和冷板冷却效率，提高了铝合金搅拌摩擦焊的适用性。

Welding method for aluminum alloy narrow step lap friction stir welding

The invention discloses a welding method for overlapping friction stir welding of narrow step aluminum alloy, including a stirring head body, a stirring head body including a stirring needle and a shaft shoulder, a stirring needle tip arranged on the upper part of the stirring needle, a stirring needle with a ladder-shaped structure, a shaft shoulder arranged with a concentric circle, a stirring needle height and a welding depth. The same is 4mm, 5mm or 6mm respectively. The invention has the beneficial effects of adopting narrow step lap joint (step width obviously less than weld depth) friction stir welding stirring head, developing new narrow lap friction stir welding process method, realizing narrow step lap friction stir welding of aluminum alloy, improving cooling efficiency of cold plate structure of friction stir welding, and increasing over welding. The fluidity of the material, the reduction of welding pressure and the width of the shaft shoulder of the stirring head, the improvement of the efficiency of welding structure design, the utilization of cold plate space and the cooling efficiency of the cold plate, and the applicability of the friction stir welding of aluminum alloy were also improved.

【技术实现步骤摘要】
铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法
本专利技术涉及一种铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法。
技术介绍
铝合金冷板类结构由于其优越的导热和机械性能，被广泛应用于航空航天和电子技术等领域。冷板类结构的主要焊接接头形式为搭接，依靠台阶支撑焊缝焊接，由于搅拌摩擦焊优越的轻金属焊接性能，铝合金冷板搅拌摩擦焊技术被广泛应用。窄台阶搭接是指焊缝宽深比(台阶宽度/焊缝深度)小于1，台阶宽度明显小于焊缝深度。搅拌摩擦焊接过程中通过搅拌针和搅拌头轴肩与母材摩擦来产热，由于焊接过程中轴肩对接头施加压力，搅拌摩擦焊搭接接头设计时必须留有足够的台阶来防止焊缝塌陷，搅拌头的尺寸和焊接工艺对搭接接头尺寸有重要影响。目前国内外现有的搅拌头进行搭接焊接时需要宽深比大于1(台阶宽度≥焊缝深度，)，当台阶过窄时焊缝会塌陷，这使得搅拌摩擦焊搭接在设计结构时必须增加搭接台阶宽度来满足搅拌摩擦焊焊接要求，而增加搭接宽度会增加冷板宽度或减少冷却流道的面积，使冷板冷却效率降低。因此如果要提高冷板冷却效率，需要实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊技术，目前国内外暂时没有关于窄搭接台阶搅拌摩擦焊的专利和文章。因此，为解决上述问题，特提供一种新的技术方案。
技术实现思路
本专利技术提供一种铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法。本专利技术采用的技术方案是：铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，包括搅拌头本体，所述搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，所述搅拌针上部设置有搅拌针针尖，所述搅拌针呈梯形状结构，所述搅拌针底部设置有轴肩，所述轴肩为同心圆式，所述搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。进一步的，当焊深为4mm时，搅拌针长度为4mm，右旋，搅拌针针尖直径为2.8mm，搅拌针根部直径为4.4mm，轴肩宽度为10mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深4mm，台阶不小于2mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。进一步的，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，旋转头的旋转速度为1200～1500r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。进一步的，当焊深5mm时，搅拌针长度为5mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.2mm，搅拌针根部直径为5.4mm；轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深5mm，台阶不小于3mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。进一步的，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，搅拌头的旋转速度为1000～1200r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。进一步的，当焊深6mm时，搅拌针长度为6mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.4mm，搅拌针根部直径为6.5mm，轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.63mm，适用于焊接焊深6mm，台阶不小于4mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。进一步的，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，搅拌头的旋转速度为600～800r/min，焊接速度为80～100mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。进一步的，所述冷板的材料为T6态Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金。本专利技术的有益效果是：采用窄台阶搭接(台阶宽度明显小于焊缝深度)搅拌摩擦焊搅拌头、研发新型窄搭接搅拌摩擦焊焊接工艺方法，实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接，提高搅拌摩擦焊冷板类结构的冷却效率，增加了焊接过程中材料的流动性、减少了焊接压力与搅拌头轴肩宽度，在保证焊缝质量的前提下使焊接过程中轴肩压力作用范围变窄，减少了搅拌摩擦焊对接头台阶宽度的要求，达到窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接的需求，显著提高了焊接结构设计效率、提高了冷板空间利用率和冷板冷却效率，提高了铝合金搅拌摩擦焊的适用性，可以广泛应用于航空航天和电子技术等领域。现有技术与原有技术相对比：附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。图1是本专利技术的结构示意图。其中：1、搅拌头本体，1-1、搅拌针，1-2、轴肩，1-3、搅拌针针尖。图2为焊深4mm、台阶2mm的焊缝效果图。图3为焊深5mm、台阶3mm的焊缝效果图。图4为焊深6mm、台阶4mm的焊缝效果图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的保护范围的限定。如图1所示，铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，包括搅拌头本体1，搅拌头本体包括搅拌针1-1和轴肩1-2，搅拌针1-2上部设置有搅拌针针尖1-3，搅拌针1-1呈梯形状结构，搅拌针1-1底部设置有轴肩1-2，轴肩1-2为同心圆式，搅拌针1-1的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。实施例1，当焊深为4mm时，搅拌针长度为4mm，右旋，搅拌针针尖直径为2.8mm，搅拌针根部直径为4.4mm，轴肩宽度为10mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深4mm，台阶不小于2mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构，冷板的材料为T6态Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，旋转头的旋转速度为1200～1500r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷，如图2所示。实施例2，当焊深5mm时，搅拌针长度为5mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.2mm，搅拌针根部直径为5.4mm；轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深5mm，台阶不小于3mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构，冷板的材料为T6态Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，搅拌头的旋转速度为1000～1200r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷，如图3所示。实施例3，当焊深6mm时，搅拌针长度为6mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.4mm，搅拌针根部直径为6.5mm，轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.63mm，适用于焊接焊深6mm，台阶不小于4mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，搅拌头的旋转速度为600～800r/min，焊接速度为80～100mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷，如图4所示。本专利技术的有益效果是：采用窄台阶搭接(台阶宽度明显小于焊缝深度)搅拌摩擦焊搅拌头、研发新型窄搭接搅拌摩擦焊焊接工艺方法，实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接，提高搅拌摩擦焊冷板类结构的冷却效率，增加了焊接过程中材料的流动性、减少了焊接压力与搅拌头轴肩宽度，在保证焊缝质量的前提下使焊接过程中轴肩压力作用范围变窄，减少了搅拌摩擦焊对接头台阶宽度的要求，达到窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：包括搅拌头本体，所述搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，所述搅拌针上部设置有搅拌针针尖，所述搅拌针呈梯形状结构，所述搅拌针底部设置有轴肩，所述轴肩为同心圆式，所述搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。

【技术特征摘要】
1.铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：包括搅拌头本体，所述搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，所述搅拌针上部设置有搅拌针针尖，所述搅拌针呈梯形状结构，所述搅拌针底部设置有轴肩，所述轴肩为同心圆式，所述搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。2.根据权利要求1所述的铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：当焊深为4mm时，搅拌针长度为4mm，右旋，搅拌针针尖直径为2.8mm，搅拌针根部直径为4.4mm，轴肩宽度为10mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深4mm，台阶不小于2mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。3.根据权利要求2所述的铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，旋转头的旋转速度为1200～1500r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。4.根据权利要求1所述的铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：当焊深5mm时，搅拌针长度为5mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.2mm，搅拌针根部直径为5.4mm；轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，冯杏梅，冯展鹰，郭晓娟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32