一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法技术

本发明专利技术公开了一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其包含如下步骤：一，将焊件对接装夹，焊件之间设有间隙，将带状焊丝从送丝枪引出，校直轮组、预埋轮和校平轮依次放置于间隙上，带状焊丝通过校直轮组进行校直，再通过预埋轮斜向下送入间隙内，随后校平轮对间隙内的带状焊丝进行校平，将带状焊丝的端部置于搅拌头的正下方；二，启动焊机，搅拌头开始垂直向下进给，随后搅拌针压入置有带状焊丝的间隙内，焊接开始，焊接过程中，送丝速度与焊接速度保持一致；三，升起搅拌头，然后停止送丝，切断带状焊丝。其能够减少金属间化合物的生成，降低界面温度和残余应力，避免焊缝产生孔洞，提高焊接接头的力学性能和焊接效率。

A friction stir welding method for automatic wire feeding for butt of dissimilar metal materials

The invention discloses a method for automatic feeding of the friction stir welding of dissimilar metal joint, comprising the following steps: first, the welding butt welding fixture, a gap is arranged between the leads, the strip wire from a wire feeding gun, straightening wheel group, embedded wheel and leveling wheel are arranged in order to the gap on the ribbon wire alignment by straightening wheel group, and then into the gap in the round downward through embedded, then the school band gap in flat wire wheel leveling, just below the strip wire end in the mixing head; two, starting the machine, the stirring head start downward vertical feed, then stir the band gap needle pressing welding wire, welding, welding, wire feed speed consistent with welding speed; three, rising from the mixing head, then stop feeding, cut the ribbon wire. It can reduce intermetallic compound generation, reduce interface temperature and residual stress, avoid weld holes and improve mechanical properties and welding efficiency of welded joints.

【技术实现步骤摘要】
一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法
本专利技术涉及焊接技术，具体涉及一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法。
技术介绍
随着我国基础设施建设的需求进一步加强，更多的工程项目不再单一地选择某一种材料，而是青睐于综合性能更为优异的异种金属复合材料，其中铝合金和钢的异种金属连接具有广大的应用前景，并正在逐步应用于车辆制造、船舶生产等越来越多工业生产部门。铝合金与钢之间物理性质差异大，熔化焊等传统熔焊技术难以获得成型好、性能优的焊接接头。但铝合金与钢通过搅拌摩擦焊可获得到较高的强度，被认为是较适合两者材料的焊接方法，但其最大缺点在于焊接过程中难以避免Fe-Al金属间化合物生成，并有较大残余应力，限制接头强度的进一步提高。熔化焊是金属材料连接常用的焊接方法之一。熔化焊具有连接强度高，焊接接头好，效率高，灵活性强等优点，但由于热输入高，焊后接头残余应力大，且易生成大量连续的Fe2Al5，FeAl3等脆性金属间化合物相，降低接头头性能，不能获得性能较好的Fe/Al异种金属焊接接头。钎焊优点是加热温度低，变形小，接头光滑美观，保证精确的工件尺寸，适合于焊接精密、复杂的异种材料构件。但钎焊难以有效去除铝合金表面致密的氧化膜，钎料在铝合金表面难以铺展润湿，严重影响接头的成形及最终性能。新型钎焊，比如超声波钎焊，可有效去除金属表面氧化膜，但存在设备复杂、工艺流程繁琐，操作要求高，经济性差等缺点。电弧钎焊热输入量低，工件形变量小，能够严格控制焊接变形，避免薄壁件过量熔蚀，提高了焊接效率和焊缝强度，具有节能高效的特点以获得可靠铝合金/钢焊接接头。但与搅拌摩擦焊相比，电弧钎焊仍采用电弧为热源，产生较高热输入量，因此会在接头界面生成平直且较厚的金属间化合物、从而降低焊缝强度。固相焊主要有扩散焊、搅拌摩擦焊等方法。扩散焊可获得界面结合紧密的Fe/Al异种金属扩散焊接头，但需要精确控制加热温度、保温时间和焊接压力，焊接灵活性差，仅适于结构简单，体积小的构件的焊接，且该方法焊接周期长、成本高。利用搅拌摩擦焊焊接Fe/Al异种金属可实现铝合金与异种金属有效连接。但搅拌摩擦焊焊接过程中，由于两待焊工件的直接接触，焊后会生成脆性的Fe/Al金属间化合物，同时，由于铝合金和钢线膨胀系数相差较大，易产生较大残余应力，会降低接头的力学性能。CN102941414A公开了一种预填丝搅拌摩擦焊接方法，其在焊接过程中，以TIG或MIG焊接方法在母材表面熔覆一层金属，随后进行搅拌摩擦焊，以解决现有搅拌摩擦焊过程中的焊缝有效厚度减薄的问题，但是仅将带状中间层熔覆在待焊工件表面，并未提高铝/钢界面强度。CN103157903A公开了一种能够消除焊缝减薄的带状焊丝随焊送入搅拌摩擦焊方法，具体步骤为：将带状中间层紧贴母材表面，搅拌头垂直向下进给，搅拌针开始与带状中间层的端部接触并钻入母材内，通过搅拌针和轴肩的搅拌加热作用实现对母材的焊接，以解决传统搅拌摩擦焊接技术无法解决的焊缝厚度减薄的问题。将带状中间层铺在母材表面，焊接时，利用轴肩的搅拌和锻压作用将带状中间层堆焊于待处理材料表面，带状中间层未进入母材内，仅解决消除焊缝减薄的问题，但没有明显解决异种材料搅拌摩擦焊下接头界面变脆的问题。现有的异种材料的搅拌摩擦钎焊技术，主要依靠搅拌摩擦焊在铝钢搭接接头中加入纯锌或铝锌薄片作为铝与钢接头的中间过渡层，避免母材直接接触，阻碍Fe/Al元素之间扩散，减少Fe-Al脆性金属间化合物的形成，提高了搭接接头强度。但由于要求中间层熔化，则只可选用纯锌或锌铝等低熔点的钎料作为中间过渡层，在焊接过程中压力的作用下，部分液态中间过渡层被挤出焊接区，造成中间薄、两边厚，焊缝中存在孔洞、未熔合等焊接缺陷。另外，搅拌摩擦搭接钎焊还会存在焊接厚度受限和搅拌头易磨损等问题。综上所述，针对铝合金与钢的焊接性差的问题，亟待研发一种可有效减少界面金属间化合物厚度和降低界面应力的中低温的焊接技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其能够减少焊接过程中金属元素相互扩散，减少金属间化合物的生成，降低界面温度和残余应力，避免焊缝产生孔洞，提高焊接接头的力学性能和焊接效率。本专利技术所述的用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其包含如下步骤：步骤一，将两个异种金属材料的焊件对接装夹于固定板上，固定板固定安装于焊接平台上，焊接平台滑动安装于底座上，焊件之间设有间隙，所述间隙宽度为0.1~1.0mm，将带状焊丝从送丝枪引出，带状焊丝的材质根据两个异种金属材料的焊件的种类进行确定，校直轮组、预埋轮和校平轮依次放置于间隙上方，带状焊丝通过校直轮组校直，再通过预埋轮送入焊件之间的间隙内，随后校平轮对间隙内的带状焊丝进行校平使其与焊件处于同一平面上，将带状焊丝的端部置于搅拌头的正下方，所述带状焊丝的厚度与间隙宽度的关系为：0.01mm≤a－b≤0.06mm，a为间隙宽度，b为带状焊丝的厚度；步骤二，启动焊机，搅拌头开始垂直向下进给，随后搅拌头压入置有带状焊丝的焊件之间的间隙内，焊接开始，焊接过程中，送丝枪、矫直轮组、预埋轮和校平轮的位置固定，焊接平台带动焊件运动，搅拌头的转速为180~2200r/min，搅拌头的压入量为0.2~0.8mm，焊接速度为40~220mm/min，送丝速度与焊接速度保持一致；步骤三，升起搅拌头，然后停止送丝，切断带状焊丝。进一步，所述步骤一中由送丝枪引出的带状焊丝与焊件表面的夹角为3~8°。通过送丝枪倾斜设置，使得带状焊丝以一定角度顺利进入焊件之间的间隙；角度设置过大容易造成带状焊丝发生弯曲、褶皱，不能顺利进入间隙；角度设置过小则使得焊丝水平移动，不能斜向下进入间隙。进一步，所述步骤一中校直轮组为两个异向旋转的校直轮，将由送丝枪引出的带状焊丝以轧制方式进行校直。进一步，所述步骤一中预埋轮上设有与带状焊丝相对应的凹槽，使得校直后的带状焊丝斜向下进入焊件之间的间隙内。凹槽的设置能够引导带状焊丝斜向下进入焊件之间的间隙。进一步，所述凹槽的深度与带状焊丝的宽度的关系为：D=0.25W~0.5W，D为凹槽的深度，W为带状焊丝的宽度。进一步，所述步骤一中校直轮组与预埋轮的中心距为5~20mm。进一步，所述步骤一中预埋轮与校平轮的中心距为60~150mm，通过对预埋轮与校平轮的中心距进行限定，有利于带状焊丝平稳、无明显变形地进入待焊间隙。进一步，所述步骤一中校平轮与搅拌头的中心距为10~50mm。通过对校平轮与搅拌头的中心距进行限定，保证焊件表面的平整度，若间距设置过小，焊接飞边容易对校平轮产生干涉。进一步，所述步骤一中两个焊件分别为待焊钢材和待焊铝材，当带状焊丝的厚度为大于等于0.15mm、小于等于1mm时，其材质为AlSi5、AlSi15、ZnAl5、ZnAl15中的一种，当带状焊丝的厚度为大于等于0.03mm、小于0.15mm时，其材质为Cu和Ni中的一种。焊接前，将待焊钢材装夹于前进侧，待焊铝材装夹于后退侧，塑性状态的铝沿着搅拌针流动到已塑化的钢中，保证二者充分反应融合，从而形成良好的焊接接头。通过Zn、Si等阻隔元素的加入，一定程度上限制了焊件中Fe/Al元素的相互接触，能够有效降低IMC层的厚度，减少焊接界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一，将两个异种金属材料的焊件（1）对接装夹于固定板（9）上，固定板固定安装于焊接平台（10）上，焊接平台滑动安装于底座上，焊件之间设有间隙，间隙宽度为0.1~1.0mm，将带状焊丝（2）从送丝枪（3）引出，带状焊丝的厚度为0.03~1.00mm，校直轮组（4）、预埋轮（5）和校平轮（6）依次放置于间隙上方，带状焊丝通过校直轮组进行校直，再通过预埋轮斜向下送入焊件之间的间隙内，随后校平轮对间隙内的带状焊丝进行校平使其与焊件处于同一平面上，将带状焊丝的端部置于搅拌头（7）的正下方，带状焊丝的厚度与间隙宽度的关系为：0.01mm≤a－b≤0.06mm，a为间隙宽度，b为带状焊丝的厚度；步骤二，启动焊机，搅拌头（7）开始垂直向下进给，随后搅拌针（8）压入置有带状焊丝（2）的焊件（1）之间的间隙内，焊接开始，焊接过程中，送丝枪（3）、矫直轮组（4）、预埋轮（5）和校平轮（6）的位置固定，焊接平台（10）带动焊件运动，搅拌头的转速为180~2200r/min，搅拌头的压入量为0.2~0.8mm，焊接速度为40~220mm/min，送丝速度与焊接速度保持一致；步骤三，升起搅拌头（7），然后停止送丝，切断带状焊丝（2）。...

【技术特征摘要】
1.一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一，将两个异种金属材料的焊件（1）对接装夹于固定板（9）上，固定板固定安装于焊接平台（10）上，焊接平台滑动安装于底座上，焊件之间设有间隙，间隙宽度为0.1~1.0mm，将带状焊丝（2）从送丝枪（3）引出，带状焊丝的厚度为0.03~1.00mm，校直轮组（4）、预埋轮（5）和校平轮（6）依次放置于间隙上方，带状焊丝通过校直轮组进行校直，再通过预埋轮斜向下送入焊件之间的间隙内，随后校平轮对间隙内的带状焊丝进行校平使其与焊件处于同一平面上，将带状焊丝的端部置于搅拌头（7）的正下方，带状焊丝的厚度与间隙宽度的关系为：0.01mm≤a－b≤0.06mm，a为间隙宽度，b为带状焊丝的厚度；步骤二，启动焊机，搅拌头（7）开始垂直向下进给，随后搅拌针（8）压入置有带状焊丝（2）的焊件（1）之间的间隙内，焊接开始，焊接过程中，送丝枪（3）、矫直轮组（4）、预埋轮（5）和校平轮（6）的位置固定，焊接平台（10）带动焊件运动，搅拌头的转速为180~2200r/min，搅拌头的压入量为0.2~0.8mm，焊接速度为40~220mm/min，送丝速度与焊接速度保持一致；步骤三，升起搅拌头（7），然后停止送丝，切断带状焊丝（2）。2.根据权利要求1所述的用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于：所述步骤一中由送丝枪（3）引出的带状焊丝（2）与焊件（1）表面的夹角为3~8°。3.根据权利要求1或2所述的用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于：所述步骤一中校直轮组（4）为两个异向旋转的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许惠斌，高鹏宇，李默阳，罗磊，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50