一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法技术

本发明专利技术属于金属材料搅拌摩擦焊接技术领域，具体为一种镁合金搅拌摩擦焊焊接工艺。先用清洗剂对待焊镁合金表面进行清洗，去除油污，并用砂纸打磨掉表层氧化皮；然后将镁合金试样固定到搅拌摩擦焊设备上，必须保证夹紧；最后进行焊接，焊接工艺参数为：转速为1500‑2250r/min，焊速为30‑70mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。本发明专利技术的方法可以使镁合金的搅拌摩擦焊焊缝成形美观,组织细小均匀呈等轴状分布,力学性能更加优异。使镁合金搅拌摩擦焊接头能够达到工程应用要求。

A process method for friction stir welding of magnesium alloy

The invention belongs to the technical field of friction stir welding of metal materials, in particular to a magnesium alloy friction stir welding welding process. The first cleaning agent for the surface treatment of magnesium alloy welding for cleaning, remove the oil, and sandpaper off the surface oxide; then the magnesium alloy sample is fixed to the friction stir welding equipment, must ensure the clamping; final welding, welding process parameters: speed of 1500 2250r /min, welding speed is 30 70mm/min. The anteversion angle is 3 degrees, shoulder pressure was 0.1mm, no offset. The method of the invention can make the weld seam of friction stir welding of magnesium alloy beautiful, fine uniform and equal axial distribution, and the mechanical properties are better. The friction stir welding head of magnesium alloy can meet the requirements of engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法
本专利技术属于金属材料搅拌摩擦焊接
，涉及一种改善变形镁合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能的方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding-FSW)是由英国焊接研究所(TheweldingInstitute-TWI)在1991年专利技术的一种新型固相连接方法，仅依靠于机械力和摩擦热进行焊接。因为搅拌摩擦焊相较于传统连接方法拥有不可比拟的优势，所以该技术一经出现，就受到了工业界的广泛关注，且在很短的时间内应用于工业生产，成为一项颇具颠覆性的连接工艺技术。该项技术大大改变了高强铝合金结构的制造工艺，并且为镁合金、铜合金等一系列金属的焊接提供了可选择的方法。近几年，国内外逐步深入研究了搅拌摩擦焊工艺技术，其发展十分迅速，可应用的领域也越来越多，极大地提高了世界的制造技术。镁及镁合金由于具有低密度、高比强度、高比刚度、减震性能好、抗电磁屏蔽性能好、切削性能良好等各种优异特性，并且作为目前工业应用中最轻的结构材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，十分符合当今减重、节能、环保的要求。随着镁材加工提炼技术的发展和铜、铅、锌等有色金属资源的日趋匮乏，镁材已经成为第三类结构金属材料，仅次于钢铁和铝。在制造业各个方面都有着十分广泛的作用，尤其是在在汽车减重、减震，3C产品减重防辐射散热等各种方面，显示了不可替代的、优异的特点。由于镁合金熔点低，热导率和线膨胀系数大，化学性质活泼易氧化等特点，使得镁合金的焊接性比较差，焊接过程中容易产生一系列的问题。主要问题有：热导率大，热源能量易于散失，因此要采用熔焊方法焊接，必须使用高密度热源，这也就造成了焊缝区和热影响区材料的过热和晶粒粗大；在焊接过程中，因为镁金属熔点和沸点都低，导致焊缝区的金属材料容易蒸发；镁金属本身十分容易被氧化，焊接时镁金属受热，更易产生氧化形成熔点极高的氧化镁，氧化镁难以清除便停留在焊缝中，成为夹杂，使焊接接头的力学性能大大下降；镁金属的热膨胀系数较大，容易在焊接过程中出现焊接变形，造成大的热应力；镁金属的密度小，氢气与金属的密度相差较小，在焊缝熔池中不易逸出，就造成气孔缺陷。目前，镁合金板材主要通过熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)和铆接来实现连接。但是，熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)易造成晶粒粗大、气孔和热裂纹等缺陷，接头质量不高。而铆接的接头强度低，不适合结构件的连接。近些年，激光焊等高能量焊接方法得到了研究和应用，但因为其焊接时容易产生焊缝下榻的缺陷，且焊接设备昂贵复杂，并未得到广泛使用。搅拌摩擦焊作为一种新型的固态连接方法，具有高质量、高效率的连接特点，且人为干扰因素少，自动化程度高，为轻质合金的焊接提供了一个有效的方案。目前，搅拌摩擦焊技术已经实现了铝合金等一系列轻质合金的焊接，甚至是异种金属的焊接，有着广阔的应用前景，得到诸多工业领域的积极开发研究，尤其是航空航天领域，在铝合金连接中已经表现出大面积代替熔焊方法的趋向。在搅拌摩擦焊工艺技术的研究中，国内外重点研究的被焊材料大多集中于铝合金，而少量研究镁合金搅拌摩擦焊工艺的，也主要集中于铸造镁合金，相较于更为难焊的变形镁合金研究则较少，这严重限制了变形镁合金的应用。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中的不足,本专利技术专利提出了一种改善变形镁合金搅拌摩擦焊后接头组织和力学性能的方法,通过优化工艺参数合理控制热输入，可获得组织细小的接头，力学性能优良。本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足,提出一种改善变形镁合金搅拌摩擦焊接头组织、性能的工艺方法,该工艺方法可使变形镁合金搅拌摩擦焊焊缝成形美观,组织细小均匀,力学性能优异，使变形镁合金搅拌摩擦焊接头满足工程应用要求。本专利技术专利所述的技术方案如下:一种镁合金焊接工艺，其特征在于，所述的搅拌摩擦焊工艺步骤依次为：(1)焊接前，采用酒精和丙酮对镁合金的焊接面进行清洗除去油污；并用砂纸将待焊部位的氧化皮清理掉。(2)将清理干净的试样固定到搅拌摩擦焊设备上，必须保证夹紧。(3)对镁合金板材进行焊接。步骤(1)镁合金为AZ91D变形镁合金，板材厚度为4mm。步骤(3)搅拌摩擦焊工艺参数：转速为1500-2300r/min，焊速为30-70mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。选择圆台状搅拌针，顶端直径为4mm，根部直径为6mm，搅拌针长度为3.8mm，轴肩直径为16mm，搅拌头材质为不锈钢。本专利技术的有益效果是：本专利技术的变形镁合金焊接工艺,焊接前能够除去油污、氧化膜，便于焊接时的熔合，提高焊接效果，工艺参数稳定控制的状态下，可获得组织细小均匀的组织，接头力学性能良好，工艺简单,容易实现,具有良好的应用前景。附图说明图1为镁合金搅拌摩擦焊原理图。图2为镁合金搅拌摩擦接头横截面图。图3为镁合金搅拌摩擦焊接头显微组织图。图4为镁合金搅拌摩擦焊接头拉伸断口扫描图。具体实施方式以下是专利技术人给出的具体实施例子,本专利技术专利不限于这些实施例。实施例1采用搅拌摩擦焊接方法以对接方式焊接了两块厚为4.0mm的变形镁合金AZ91D板材,选择圆台状搅拌针，顶端直径为4mm，根部直径为6mm，搅拌针长度为3.8mm，轴肩直径为16mm，搅拌头材质为不锈钢。当焊接速度为40mm/min,搅拌头旋转速度为1700r/min时,焊缝成形良好(如图2a所示)，焊核区组织细小均匀呈等轴状分布(如图3a所示)，焊后所得接头的抗拉强度为214Mpa,达到了母材强度的85.6％。焊接接头拉伸试样断裂于热力影响区，断口呈纤维状形貌且有一定量的解理台阶存在，此外断面上还有凹陷和微坑，为准解理断裂和韧性断裂的混合(如图4a所示)。实施例2采用搅拌摩擦焊接方法以对接方式焊接了两块厚为4.0mm的变形镁合金AZ91D板材，选择圆台状搅拌针，顶端直径为4mm，根部直径为6mm，搅拌针长度为3.8mm，轴肩直径为16mm，搅拌头材质为不锈钢。当焊接速度为50mm/min,搅拌头旋转速度为2250r/min时,焊缝成形良好(如图2b所示)，焊核区组织细小均匀呈等轴状分布(如图3b所示)，焊后所得接头的抗拉强度为226Mpa,达到了母材强度的90.4％。焊接接头拉伸试样在热力影响区断裂，断口呈纤维状形貌且有一定量的解理台阶存在，此外断面上还有凹陷和微坑，为准解理断裂和韧性断裂的混合(如图4b所示)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法，通过优化工艺参数合理控制热输入，获得组织细小的接头，力学性能优良，其特征在于，将清理干净的镁合金试样固定到搅拌摩擦焊设备上，夹紧后对镁合金板材进行焊接；搅拌摩擦焊工艺参数为：转速为1500‑2300r/min，焊速为30‑70mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法，通过优化工艺参数合理控制热输入，获得组织细小的接头，力学性能优良，其特征在于，将清理干净的镁合金试样固定到搅拌摩擦焊设备上，夹紧后对镁合金板材进行焊接；搅拌摩擦焊工艺参数为：转速为1500-2300r/min，焊速为30-70mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。2.根据权利要求1所述一种镁合金搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于：所述镁合金为AZ9...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘秋红，王鹏飞，徐家乐，李鑫，索昭，张琳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32