一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法技术

本发明专利技术涉及铝/镁异种材料焊接技术领域，具体涉及一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法。本发明专利技术利用摩擦头对铝板和镁板摩擦产热，热量将两板之间的金属箔片熔化，熔化后得到的液态金属对接触面的氧化膜进行清洗；后续的摩擦头挤压将液态金属挤出，在保持铝板和镁板的紧密贴合过程中，清洗后的接触面发生原子扩散，形成扩散点焊连接。采用本发明专利技术提供的方法得到的焊接接头是固态扩散焊接头，且消除了焊点表面匙孔，显著提高了接头有效承载面积，提高了点焊接头的抗拉剪力，免去了复杂的机械设备和后续补焊程序。

A high performance liquid phase assisted solid phase diffusion spot welding method for aluminum / magnesium dissimilar metals

【技术实现步骤摘要】
一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法
本专利技术涉及铝/镁异种材料焊接
，具体涉及一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法。
技术介绍
扩散焊是将两个待焊工件紧压在一起，并置于真空或保护气氛炉内加热，使两焊接表面微小的不平处产生微观塑性变形，达到紧密接触，在随后的加热保温过程中，原子间相互扩散而成冶金连接的焊接方法。焊接过程中被焊工件不被熔化，对于极易形成金属间化合物的异种金属焊接具有较大的优势。但是，该技术对待焊表面质量要求高，焊接时间较长，接头质量不稳定。随着扩散焊工艺的发展，出现了瞬间液相扩散焊，具体是在待焊的表面间加一层有利于扩散的中间材料，该材料在加热保温过程中熔化，并形成少量的液相，液相中的低熔点元素向母材扩散，液相逐渐消失，形成冶金连接。该技术可降低对待焊表面的质量要求，相对减少焊接时间，提高接头质量的稳定性。但是，该方法仍然需要对工件整体加热，焊接时间仍然较长，且低熔点元素向母材扩散会导致被焊区熔点降低。摩擦焊是一种固相焊接方法，在焊接过程中由于被焊材料不被熔化，焊缝热输入较低，焊缝中金属间化合物的量较少，对于铝/镁异种材料的焊接具有一定的优势。搅拌摩擦焊是一种新型的摩擦焊接方法，其保留了摩擦焊在焊接过程中被焊金属不熔化的特点，但是，在焊接过程中会留下搅拌针退出产生的退出匙孔，降低焊点的有效承载面积。德国GKSS研究中心1999年专利技术了无匙孔搅拌摩擦点焊技术，该技术采用特殊设计的搅拌头，通过精确控制搅拌头各部分的相对运动，在搅拌针回撤时，通过轴肩的向下挤压将焊点金属回填到匙孔中，从而达到消除匙孔，提高接头承载力的目的。但是，无匙孔搅拌摩擦点焊方法对焊接设备的要求较高，需要采用专门设计的专机设备，焊接成本较高。专利CN101837513A采用补焊方式来消除搅拌摩擦点焊接头表面的匙孔，从而增大点焊接头的承载面积，提高接头承载能力，但该方案需要在焊后采用消耗式搅拌针对匙孔进行补焊，增加了焊后处理工序。有学者提出了搅拌摩擦胶接点焊方法，通过在焊前或者焊后对焊点进行化学胶接，从而在一定程度上增大接头的承载面积，提高承载能力。但是，化学胶与金属基材之间并没有发生冶金反应，相互之间的结合是通过物理吸附的方式进行的，因此，强度较低，难以满足实际需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法。采用本专利技术提供的方法能够抑制铝/镁异种金属焊接界面形成大量金属间化合物，获得无匙孔点焊接头，显著提高接头的承载能力；并且，本专利技术提供的方法与传统扩散焊相比更绿色环保，焊接效率高。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：本专利技术提供了一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法，包括以下步骤：将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构；在所述搭接结构的两侧各设置一个摩擦头，采用摩擦头对所述搭接结构的两侧进行接触摩擦，使所述金属箔片熔化为液态金属；将搭接结构两侧的摩擦头沿搭接结构的厚度方向相互挤压，推动铝板和镁板夹紧，挤出液态金属，并保持铝板和镁板紧密贴合，形成扩散点焊连接。优选地，所述铝板和镁板的搭接长度为20～50mm。优选地，所述铝板的厚度为2～5mm，所述镁板的厚度为2～5mm。优选地，在将所述铝板和镁板搭接在一起之前，先将铝板和镁板分别经预处理去除表面的油污与杂物。优选地，所述金属箔片的厚度为0.05～0.2mm。优选地，所述金属箔片的熔点为100～400℃。优选地，所述金属箔片的材质包括锡、锌或锡锌合金。优选地，进行所述接触摩擦时，摩擦头的旋转速度为235～900r/min，旋转时间为2～10s。优选地，进行所述相互挤压时，两个摩擦头的相对挤压量为0.1～1mm，保持时间为5～20s。优选地，所述摩擦头的材质包括H13钢或镍基合金。本专利技术提供了一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法，包括以下步骤：将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构；在所述搭接结构的两侧各设置一个摩擦头，采用摩擦头对所述搭接结构的两侧进行接触摩擦，使所述金属箔片熔化为液态金属；将搭接结构两侧的摩擦头沿搭接结构的厚度方向相互挤压，推动铝板和镁板夹紧，挤出液态金属，并保持铝板和镁板紧密贴合，形成扩散点焊连接。在本专利技术中，利用摩擦头对铝板和镁板摩擦产热，产生的热量将两板之间的金属箔片熔化，熔化后得到的液态金属对接触面的氧化膜进行清洗；后续的摩擦头挤压将液态金属挤出，在保持铝板和镁板的紧密贴合过程中，清洗后的接触面发生原子扩散，形成扩散点焊连接。与传统的扩散焊相比，本专利技术采用的摩擦热是绿色、清洁热源，焊前不需要去除界面的氧化膜，焊接耗时少、耗能少；另外，本专利技术采用摩擦热能够对大尺寸部件进行局部加热，实现点焊连接。采用本专利技术提供的方法得到的焊接接头是固态扩散焊接头，且消除了焊点表面匙孔，显著提高了接头有效承载面积，提高了点焊接头的抗拉剪力，免去了复杂的机械设备和后续补焊程序。附图说明图1为本专利技术扩散点焊过程的示意图；其中，1为第一摩擦头，2为第二摩擦头，3为铝板，4为镁板，5为金属箔片。具体实施方式本专利技术提供了一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法，包括以下步骤：将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构；在所述搭接结构的两侧各设置一个摩擦头，采用摩擦头对所述搭接结构的两侧进行接触摩擦，使所述金属箔片熔化为液态金属；将搭接结构两侧的摩擦头沿搭接结构的厚度方向相互挤压，推动铝板和镁板夹紧，挤出液态金属，并保持铝板和镁板紧密贴合，形成扩散点焊连接。本专利技术将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构。在本专利技术中，所述铝板和镁板的搭接长度优选为20～50mm，更优选为25～45mm。本专利技术限定上述搭接长度，有利于控制焊接扩散区域的面积，从而实现精确控制接头的承载性能的目标。在本专利技术中，所述铝板的厚度优选为2～5mm，更优选为2.5～3.5m；所述镁板的厚度优选为2～5mm，更优选为2.5～3.5m。本专利技术在将铝板和镁板搭接在一起之前，优选先将所述铝板和镁板分别经预处理去除表面的油污与杂物。在本专利技术中，所述预处理的具体过程优选为：将铝板接触面，即铝板需要焊接的一面，清理干净，然后采用酒精或丙酮擦拭铝板接触面，去除油污与杂物；采用同样的方法处理镁板接触面，去除镁板接触面的油污与杂物。在本专利技术中，所述金属箔片的厚度优选为0.05～0.2mm，更优选为0.1～0.15mm。在本专利技术中，所述金属箔片的尺寸优选大于铝板和镁板的搭接区域尺寸，更优选在铝板和镁板的搭接区域尺寸基础上加5mm。在本专利技术中，所述金属箔片的熔点优选为100～400℃，更优选为150～350℃。本专利技术采用低熔点的金属箔片，能够借助摩擦头产生的热量被熔化为熔融态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构；/n在所述搭接结构的两侧各设置一个摩擦头，采用摩擦头对所述搭接结构的两侧进行接触摩擦，使所述金属箔片熔化为液态金属；/n将搭接结构两侧的摩擦头沿搭接结构的厚度方向相互挤压，推动铝板和镁板夹紧，挤出液态金属，并保持铝板和镁板紧密贴合，形成扩散点焊连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝/镁异种金属高效液相辅助固相扩散点焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝板和镁板搭接在一起，在搭接的铝板和镁板之间设置一金属箔片，得到搭接结构；
在所述搭接结构的两侧各设置一个摩擦头，采用摩擦头对所述搭接结构的两侧进行接触摩擦，使所述金属箔片熔化为液态金属；
将搭接结构两侧的摩擦头沿搭接结构的厚度方向相互挤压，推动铝板和镁板夹紧，挤出液态金属，并保持铝板和镁板紧密贴合，形成扩散点焊连接。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝板和镁板的搭接长度为20～50mm。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铝板的厚度为2～5mm，所述镁板的厚度为2～5mm。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将所述铝板和镁板搭接在一起之前，先将铝板和镁板...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢吉林，陈玉华，张体明，黄永德，王善林，胡锦扬，毛育青，陈宜，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36