一种铝/镁合金的搅拌摩擦焊方法技术

一种铝/镁合金的搅拌摩擦焊方法，其特征是在≥6mm的中厚铝板和镁板中间加入厚度为焊接厚度的0.5~5%的锌片，用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，在搅拌头转速600~1200rpm，焊接速度10~100mm/min，搅拌头向铝板侧偏移量为焊缝厚度2~15%，下压量0.05mm，搅拌焊接。本发明专利技术的方法可以使铝/镁异质金属的搅拌摩擦焊焊缝成形美观，组织成分得到控制，性能更加优异。使铝/镁异质金属搅拌摩擦焊接头能够达到工程应用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于搅拌摩擦焊
，是一种改善铝/镁合金异质接头组织性能的搅 拌摩擦焊方法。
技术介绍
铝/镁合金异质接头焊接是一大难点与热点，目前国内外学者在这方面做的研究 工作主要集中于传统熔焊与搅拌摩擦焊两个方面。由于铝、镁合金特殊的物化性能，采用熔 焊方法进行焊接得到的接头成型与性能差，通常接头强度只能达到母材强度的30%左右， 几乎没有工程应用价值。而搅拌摩擦焊过程中母材不熔化，形成塑化连接，因此应用于铝、 镁等轻金属的焊接。然而，铝/镁合金异质接头焊接时在437°C产生二元共晶反应，形成硬 脆的第二相Mg 17Al12，此产物不仅对于焊缝质量有影响，更主要的是对搅拌头有粘附作用， 使得焊接过程难以进行。 为了改善铝/镁合金异质接头搅拌摩擦焊过程与接头质量，研究人员在几个方面 做了研究：①铝、镁合金的热塑化温度不同，而搅拌摩擦焊被焊母材有前进侧与后退侧的区 分，因此，铝、镁合金是位于前进侧还是位于后退侧会对焊接结果有影响；②考虑到金属间 化合物的产生，研究人员在搅拌头偏移的问题上也进行了研究。偏移的主要目的是控制金 属搅入量，以期减少金属间化合物的形成数量。但是，上述研究都无法从根本上解决铝/镁 合金异质接头搅拌摩擦焊的焊缝成形差，搅拌头粘着以及接头强度低的共性问题。 CN101722358A公开了一种以铝/镁的异种金属的搅拌摩擦焊方法。该法主要通过 在焊接界面处或与搅拌工具最为接近的工件表面上涂覆一层合适的中间层材料(铜、锡、锌 等中的一种或几种)，在搅拌摩擦焊时与搅拌区相邻铝、镁发生反应，得到更为复杂的混合 物并形成较强的焊接结合，但该方法并没有提供加入中间层材料的数量，接头组织发生的 变化和铝/镁异种材料搅拌摩擦焊接头的性能结果。 CN103934584A公布了一种通过在钢板和铝板的搭接部位加入纯锌或者铝锌薄片， 在搅拌摩擦过程中形成铝/钢接头的中间过渡层，抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物， 获得焊缝成形美观、力学性能良好的铝/钢异种材料搭接接头。该方法仅针对铝/钢异种 金属的搭接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提出一种改善铝/镁异质接头组织 性能的搅拌摩擦焊方法，该方法可以使铝/镁异质金属的搅拌摩擦焊焊缝成形美观，组织 成分得到控制，性能更加优异，使铝/镁异质金属搅拌摩擦焊接头能够达到工程应用要求。 本专利技术的技术方案是这样实现的：在多6_的中厚铝板和镁板中间加入厚度为焊 接厚度的〇. 5~5%的锌片，用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，在搅拌头转速600~1200rpm，焊接 速度10~100mm/min，搅拌头向铝板侧偏移量为焊接厚度2~15%，下压量0. 05mm，搅拌焊接。 本专利技术所述的涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头的制备方法为：使用磁控溅射设备，镀 膜温度400~500°C，N2气压力0· 3~0· 6Pa，镀膜时间120~180min，搅拌头表面生成氮化钛薄 膜，膜层厚度为2~3μπι。 本专利技术所述的铝/镁合金的搅拌摩擦焊方法的其特点是：①在两种异质合金待焊 面插入锌片，其厚度由焊缝厚度确定，为焊缝厚度的〇. 5~5%，通常在1_以下。按照Al-Mg 合金二元相图可知，铝/镁合金异质材料焊接时，在437°C产生二元共晶反应，生成硬脆的 第二相Mg17Al 12，铝在镁中的溶解度为12. 6%，超过此溶解度将会直接形成共晶组织，对搅拌 头产生粘着。锌加入Mg/Al合金中。可以使共晶变成分离型，同时，调整搅拌区镁的浓度， 减少低熔点共晶的数量，改善搅拌头的粘着状态，有助于搅拌头的正常工作。②搅拌头表面 镀有一层氮化物薄 膜，该膜层硬度高而且摩擦系数小，可以减少熔融的共晶体粘着搅拌头。同时，由于摩 擦系数减小，造成单位时间输入焊缝的能量降低，在适当的温度条件下就有可能控制二元 共晶组织形成的数量。§铝合金塑性变形能力较镁合金强，搅拌头向铝板侧偏移，可增加 焊缝区铝合金的含量，提高焊缝的流动性。由此获得成形美观的焊缝。 本专利技术相比现有的搅拌摩擦焊方法具有的优点是：异质金属焊接时热输入量易于 控制，焊接过程搅拌头不会粘着，接头焊缝组织得到控制，焊缝表面成型良好，该方法适合 于铝/镁异质接头的工程化应用。【附图说明】 图1是实施例1焊接的焊缝金相图。【具体实施方式】 实施例1 镁板与错板加工成150mmX75mm，厚为6mm ;锌片加工成150mmX6mm，厚度0· 1mm。焊 接接头采用对接方式，铝板位于前进侧，镁板位于后退侧，将锌片置于对接板中心，使用搅 拌摩擦焊夹具将待焊板装夹。采用搅拌头转速为900rpm，焊接速度为30mm/min，下压量为 0· 05mm，将搅拌头向铝板侧偏移0· 5mm，焊接。 实施例2 同实施例1。搅拌头转速为1200rpm，焊接速度为50mm/min，下压量为0. 05mm，将搅拌 头向铝板侧偏移〇. 8mm，焊接。 实施例3 同实施例1。搅拌头转速为600rpm，焊接速度为10mm/min，下压量为0. 05mm，将搅拌头 向铝板侧偏移〇. 1mm，焊接。 实施例4 同实施例1。搅拌头转速为lOOOrpm，焊接速度为100mm/min，下压量为0. 05mm，将搅拌 头向铝板侧偏移〇. 3mm，焊接。 对比例 不使用锌片，不使用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，其它同实施例1。 实施例1-4焊接的焊缝表面成型良好，连续焊接时焊缝无明显缺陷，从获得的焊 缝金相组织观察，生成的β相（Mg 17Al12)得到控制，组织致密且晶粒细化，镁/铝熔合部位 过渡均匀；对比例的焊缝表面成型较差，很难形成连续的鱼鳞状焊缝，焊缝内部存在严重的 缺陷。实施例1-4和对比例的接头抗拉强度及对比见表1。本专利技术是通过实施例来描述的，但并不对本专利技术构成限制，参照本专利技术的描述所公开 的实施例的其他变化，对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本专利技术 权利要求限定的范围之内。【主权项】1. ，其特征是在多6mm的中厚铝板和镁板中间 加入厚度为焊接厚度的〇. 5~5%的锌片，用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，在搅拌头转速 600~1200rpm，焊接速度10~100mm/min，搅拌头向铝板侧偏移量为焊接厚度2~15%，下压量 0. 05mm，搅拌焊接。【专利摘要】，其特征是在≥6mm的中厚铝板和镁板中间加入厚度为焊接厚度的0.5~5%的锌片，用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，在搅拌头转速600~1200rpm，焊接速度10~100mm/min，搅拌头向铝板侧偏移量为焊缝厚度2~15%，下压量0.05mm，搅拌焊接。本专利技术的方法可以使铝/镁异质金属的搅拌摩擦焊焊缝成形美观，组织成分得到控制，性能更加优异。使铝/镁异质金属搅拌摩擦焊接头能够达到工程应用要求。【IPC分类】B23K20/12, B23K20/233【公开号】CN105234552【申请号】CN201510651661【专利技术人】戚文军, 宋东福, 罗畅, 周楠, 黎小辉, 王海艳 【申请人】广州有色金属研究院【公开日】2016年1月13日【申请日】2015年10月10日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝/镁合金的搅拌摩擦焊方法，其特征是在≥6mm的中厚铝板和镁板中间加入厚度为焊接厚度的0.5~5%的锌片，用涂镀有氮化钛薄膜的搅拌头，在搅拌头转速600~1200rpm，焊接速度10~100mm/min，搅拌头向铝板侧偏移量为焊接厚度2~15%，下压量0.05mm，搅拌焊接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戚文军，宋东福，罗畅，周楠，黎小辉，王海艳，
申请(专利权)人：广州有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44