一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法，如下：将厚度较薄的钢板在边缘处进行折弯压边处理，适当打磨后使折弯压边后的钢板端面平整且厚度与铝合金板等厚，采用搅拌摩擦焊接方法对接头进行焊接，得到强度较好的焊接接头。本发明专利技术的要点在于通过对薄板边缘的折弯压边处理，增加了接头的焊接面积，避免了采用熔焊方法焊接不等厚度铝/钢时在接头处生成大量脆性金属间化合物，本方法提高了接头强度，解决了不等厚度铝/钢焊接时接头强度不高的问题。同时该方法工艺简单，具有较大的工程意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于异种金属焊接
，尤其涉及一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法。
技术介绍
异种金属连接独特的性能已经成为当今制造业的一个热门话题，尤其是具有优势互补的特性。铝合金具有密度低、材质轻，而不锈钢则是导电导热性能好、强度高，铝/钢的复合接头综合了两种材料的优良性能，不仅可以在满足使用性能的同时，大幅度减轻结构的重量，还节省了材料，又提高了系统结构的可靠性，因而在航空航天、空间技术、核工业、汽车工业等领域广泛得到应用。要得到复合接头的同时不可避免要用到焊接，而铝/钢之间的焊接一直是焊接领域的热点问题和难点问题,铝钢焊接的主要问题是两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大，并且两者极易反应生成脆性的金属间化合物，这种脆性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性能。目前铝/钢接头的焊接主要采用钎焊、熔焊、搅拌摩擦焊的方法完成，近年来也有使用熔钎焊焊接铝钢异种金属的，这种方法能有效的抑制金属间化合物的生成。搅拌摩擦焊是一种固相连接的方法，具有能量输入少，焊接时间短，较小的变形和相对较低的焊接温度等优点，能减少金属间化合物的生成，在异种金属焊接上具有较好的优势。对于不等厚度的铝钢焊接目前存在很多问题，首先由于厚度不同，使得对接接头有效焊接面积较小，而搭接焊时接头处产生搭接台阶，不适合一些场合的使用，且搭接接头强度也不是很高；钎焊接头同样面临强度不够的问题，采用熔焊焊接不等厚度的铝钢接头，对焊接精度和参数要求也比较高，同时由于产热较多，容易生成大量的金属间化合物。目前国内外还没有人提出该问题的解决方案。
技术实现思路
针对以上提出的问题，本专利技术的目的就是提供一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法，主要解决不等厚度的铝板和钢板材的焊接。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法；其特征在于方法步骤如下：(1)对钢板边缘处进行折弯压边处理，对压边后的端面进行切割打磨，使折弯后的钢板端面平整，适当打磨铝合金板，使其与钢板压边后的边缘等厚；(2)将步骤（1）中得到的钢板与铝合金板进行搅拌摩擦焊接，得到不等厚度的铝/钢搅拌摩擦焊接接头。优选的，所述钢板厚度为0.5~4mm，折弯压边后边缘厚度约为1~8mm，因此铝合金厚板的厚度对应为1~8mm。优选的，所述钢板折弯长度为板厚的4~6倍，为2~24mm。优选的，所述步骤（1）中折弯压边后，钢板边缘厚度略小于铝合金厚度，端面呈现圆弧状，需要用砂轮机和砂纸对端面进行打磨，使其端面平整，同时打磨铝合金厚度，使其厚度与压边后的铝合金厚度相等。优选的，所述搅拌针的长度应比板厚薄0.2mm，为0.8~7.8mm。优选的，所述搅拌摩擦焊搅拌头旋转速度为1000~1800r/min。本专利技术的效果在于：本专利技术的要点在于通过对薄板边缘的折弯压边处理，增加了接头的焊接面积，本方法提高了接头强度，解决了不等厚度铝钢焊接时所带来的接头强度不高的问题，同时避免了采用熔焊对接不等厚度铝/钢时在接头生成大量脆性金属间化合物。该方法工艺简单，具有较大的工程意义。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的说明。图1为本专利技术实施例提供的焊接结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的钢板折弯结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的钢板压边后示意图。图4为本专利技术实施例提供的钢板边缘切割后示意图。在图中，钢板为1，铝合金板2，焊接接头3，原始对接面4，偏移量5。具体实施方式如图1-4所示，本专利技术提供了一种钛和铝异种金属厚板搭接结构的制备方法，包括以下步骤：(1)对钢板1边缘处进行折弯压边处理，对压边后的端面进行切割打磨，使折弯后的钢板1端面平整，适当打磨铝合金板2，使其与钢板1压边后的边缘等厚。(2)将步骤（1）中得到的钢板1与铝合金板2进行搅拌摩擦焊接，得到不等厚度的铝/钢搅拌摩擦焊接接头3，标号4为原始对接面4，标号5为偏移量。本专利技术通过采用边缘折弯压边处理，同时使用搅拌摩擦焊接技术得到不等厚度的铝钢焊接接头，避免了不等厚度的铝钢直接焊接时接头有效焊接面积不大的情况，同时避免的熔焊焊接时产生大量的脆性金属间化合物，使接头强度升高。本专利技术首先对钢板使用折弯压边处理，得到边缘厚度较厚的板材。在本专利技术中，所述钢板厚度为0.5~4mm，优选为1~3mm。本专利技术中，所述钢板和所述铝合金板没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钢板和铝合金板均可。在本专利技术实施例中，所述钢板具体为HC340LA冷轧钢，所述铝合金板具体为T4态6016铝合金。本专利技术在进行折弯压边之前，需要对钢板进行打磨处理，在工程领域中的钢板表面会有锈迹或者油污，这对折弯压边处理都有一定的影响，因此需要对折弯处进行打磨处理，一般用工程中常用的钢刷对表面进行打磨，除去表面的的锈迹即可，再使用丙酮对表面进行擦拭，吹干待用。将经过处理后的钢板放在折弯机上，调整好折弯长度，折弯长度一般是材料厚度的4~6倍，折弯角度设定为30°，根据板厚确定合适的折弯压力，工程中一般依据公式（1）作为参考，(1)其中：P：折弯压力（N）；C：补正系数；L：折弯长度（m）；t：板厚（mm）；V：下模开口（mm）；：材料的抗拉强度（kg/mm2）。折弯后效果如图2所示，折弯后将板材放到压边机上进行压边，压边力适中即可，达到折边的效果即可，压力过大则容易导致板材被压边变薄，影响后续焊接。实际工程应用中，可以先给一个小的压力，将折弯后有一定角度的边压合，然后再用一个较大的力将折边压实，结果如图3所示。本专利技术中，折弯压边后的钢板端面会呈现圆弧状，需要使用砂轮机或者线切割将端面处理平整，同时经过压边后的压边面会沾有油污等，需要在打磨或线切割后使用丙酮对端面或者压边面进行清理，结果如图4所示。在本专利技术实施例中，还需要对铝合金端面和边缘进行打磨，由于折弯压边后钢板端面的厚度略小于折弯前钢板厚度的2倍，所以需要对铝合金焊接区进行打磨，打磨厚度在0.1-0.2mm左右。完成打磨后，本专利技术优选采用丙酮或无水乙醇对所述钢板和铝合金板进行清洗。完成对所述折弯压边钢板和铝合金板的清洗后，本专利技术采用搅拌摩擦焊接对所述板材进行焊接，得到不等厚度铝/钢复合接头，在本专利技术中，将折弯压边后的钢板和铝合金板用专用夹具夹好，焊接时搅拌针针偏向铝合金侧，偏移量依据板厚确定，这里的偏移量指的是搅拌针中心偏离两板对接的中心线的位置，文献表明，在异种金属搅拌摩擦焊接时，特别是在两种材料性能相差较大的情况下，搅拌针需要偏向强度较低的一侧，这样可以避免搅拌针与强度较高的金属摩擦产热过多，生成金属间化合物较多，同时也也可增大搅拌头的使用寿命。在本专利技术中，所述搅拌摩擦焊优选使用搅拌针长度以板厚来定，一般小于板厚的0.2mm，这是因为在焊接时需要0.1~0.2mm的下压量，所以为避免搅拌针焊穿板材，需要小于板厚0.2mm；在本专利技术中，所述搅拌摩擦焊的搅拌头旋转速率优选为1000~1800r/min，进一步优选为1200~1600r/min,；在本专利技术中，所述搅拌摩擦焊的焊接速度优选为80~150mm/min，进一步优选为90~120mm/min。在本专利技术中，需要控制搅拌针偏向铝合金一侧。本专利技术完成搅拌摩擦焊后，需要对搅拌摩擦焊焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法；其特征在于方法步骤如下：(1)对钢板边缘处进行折弯压边处理，对压边后的端面进行切割打磨，使折弯后的钢板端面平整，适当打磨铝合金板，使其与钢板压边后的边缘等厚；(2) 将步骤（1）中得到的钢板与铝合金板进行搅拌摩擦焊接，得到不等厚度的铝/钢搅拌摩擦焊接接头。

【技术特征摘要】
1.一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法；其特征在于方法步骤如下：(1)对钢板边缘处进行折弯压边处理，对压边后的端面进行切割打磨，使折弯后的钢板端面平整，适当打磨铝合金板，使其与钢板压边后的边缘等厚；(2)将步骤（1）中得到的钢板与铝合金板进行搅拌摩擦焊接，得到不等厚度的铝/钢搅拌摩擦焊接接头。2.根据权利要求书1所述的一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述钢板厚度为0.5~4mm，所述铝合金厚板的厚度为1~8mm。3.根据权利要求书1所述的一种不等厚度的铝和钢异种金属搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，钢板折弯长度为板厚的4~6倍。4.根据权利要求书1所述的一种不...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉华，曹文明，李树寒，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36