一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其步骤为：将洁净的聚丙烯板材固定在工作台上；在聚丙烯板材待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；将洁净的铝合金板材放置在聚丙烯板材上并固定；使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。该方法结构简单便捷，能够有效解决铝合金与聚丙烯等非极性聚合物异种接头焊接效率低的问题。

A method for friction stir welding of aluminum alloy and polypropylene

【技术实现步骤摘要】
一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法
本专利技术涉及异种材料的焊接领域，具体为一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法。
技术介绍
近年来，节能减排、绿色环保的发展理念对制造业提出了越来越高的要求，绿色制造被提上日程。工程轻量化是实现绿色制造的重要手段之一，如在汽车行业，车身重量每减轻100千克，每行驶一千米可减少二氧化碳排放量8.5克。聚丙烯在汽车轻量化中应用越来愈越多，将其与铝合金连接可进一步扩大其在汽车行业的应用。搅拌摩擦焊接技术是由英国焊接研究所在1991年针对铝合金开发的一种新颖的固态焊接技术，其具有焊接过程简单、焊接效率高、成本小、污染小的特点，是一种绿色的焊接技术，在航空航天、机车制造、建筑能源、船舶等领域有着广泛的应用，其也是一种在铝合金和聚丙烯连接中有着巨大应用前景的工艺。聚丙烯属于非极性高分子材料，其与金属的连接过程中不能像极性高分子材料那样成键，目前对于铝合金与聚丙烯的搅拌摩擦焊接的改进方法主要有两类：一类是对铝合金表面进行粗化处理，以增大焊接过程中与聚丙烯的接触面积；另一类是对聚丙烯表面进行放电等处理，使其表面产生极性官能团。但是这两种方法均存在焊接过程复杂的问题，同时焊接过程中搅拌针很难扎入位于下方的聚丙烯板材表面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其目的在于提高焊接效率，获得优质焊接接头。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，包括如下步骤：（1）将洁净的聚丙烯工件安装在工作台上，并用夹具固定；（2）通过铣刀在聚丙烯工件待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；（3）将洁净的铝合金工件放置在聚丙烯工件上并用夹具固定；（4）使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。较佳的，凹槽深度为h，h=（0.2~0.6）H，凹槽宽度为d，d=（0.8~1.1）D，H为聚丙烯工件厚度，D为搅拌针直径。较佳的，搅拌头直径为20mm，搅拌针直径D=4~6mm，搅拌针长度为l，l=L+（1~1.2）h，其中，L为铝合金工件厚度，h为凹槽深度。较佳的，粉体为氧化铝颗粒或碳纳米管中任意一种。与现有技术相比，本专利技术所述方法能够有效地提高铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接效率并获得优质焊接接头。开槽加粉的方式，一方面可以使搅拌针扎入位于下方的聚丙烯中，另一方面通过搅拌针与凹槽中的粉体及凹槽边缘聚丙烯的接触可以增加焊接过程中向聚丙烯板材的热输入，提高焊接效率。附图说明图1为本专利技术的整体工艺示意图，其中：1为聚丙烯工件，2为凹槽，3为铝合金工件，4为搅拌头。具体实施方式结合图1，本专利技术所述的铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的焊接过程如下：（1）将所述聚丙烯工件1表面进行去污、清洁等预处理后安装在工作台上，并用夹具固定；（2）通过铣刀在聚丙烯工件1待焊接区域表面加工凹槽2，将粉体加入凹槽2中并压实；（3）将所述铝合金工件3表面用酒精清洗后用吹风机吹干，并放置在聚丙烯工件1上，用夹具使两个工件固定在一起；（4）将搅拌头4安装在焊机上，并运动到待焊接区域；（5）使搅拌头4的搅拌针中心与凹槽2中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，停留30s，取下工件，完成焊接。其中，h=（0.2~0.6）H，凹槽宽度为d，d=（0.8~1.1）D，H为聚丙烯工件厚度，D为搅拌针直径，搅拌头直径为20mm，搅拌针直径D=4~6mm，搅拌针长度为l，l=L+（1~1.2）h，其中，L为铝合金工件厚度。实施例1以5083铝合金和聚丙烯为例，搅拌头由H13钢制作，轴肩直径（搅拌头直径）为20mm，搅拌针为圆柱形搅拌针，长度l为3.5mm，直径D为4mm，5083铝合金板材厚度L为2mm，聚丙烯板材厚度H为4mm，凹槽宽度d为3.5mm，深度h为1.5mm。本实施例所述的焊接过程如下：（1）将聚丙烯板材进行除油除酯等预处理后放置在工作台上，并用夹具固定在工作台上；（2）用铣刀在聚丙烯板材表面开宽度为3.5mm，深度为1.5mm的凹槽；（3）将氧化铝颗粒放入凹槽中并压实；（4）将5083铝合金工件表面用酒精清洗后用吹风机吹干，并放置在聚丙烯板材上，用夹具将工件固定。（5）将搅拌头安装在焊机上，移动至焊接位置实施焊接过程：调整焊接位置至待焊位置，启动焊机，焊接旋转速度800r/min，焊接速度50mm/min，下压量0.1mm，待焊接完成后，停留30s，取下工件，完成焊接。焊接完成后采用SANSCMT-5105电子万能拉伸试验机参照GB/T1040-92标准进行拉伸性能测试，与采用同样工艺参数不开槽的试样进行对比后发现，采用该方法获得的接头强度提高了15%。实施例2以5083铝合金和聚丙烯为例，搅拌头由H13钢制作，轴肩直径为20mm，搅拌针为圆柱形搅拌针，长度l为3.8mm，直径D为4mm，5083铝合金板材厚度L为2mm，聚丙烯板材厚度H为4mm，凹槽宽度d为3.2mm，深度h为1.8mm。本实施例所述的焊接过程如下：（1）将聚丙烯板材进行除油除酯等预处理后放置在工作台上，并用夹具固定在工作台上；（2）用铣刀在聚丙烯表面开宽度为3.2mm，深度为1.8mm的凹槽；（3）将碳纳米管放入凹槽中并压实；（4）将5083铝合金工件表面用酒精清洗后用吹风机吹干，并放置在聚丙烯板材上，用夹具将工件固定。（5）将搅拌头安装在焊机上，移动至焊接位置实施焊接过程：调整焊接位置至待焊位置，启动焊机，焊接旋转速度800r/min，焊接速度50mm/min，下压量0.1mm，待焊接完成后，停留30s，取下工件，完成焊接。焊接完成后采用SANSCMT-5105电子万能拉伸试验机参照GB/T1040-92标准进行拉伸性能测试，与采用同样工艺参数不开槽的试样进行对比后发现，采用该方法获得的接头强度提高了25%。以上实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）将洁净的聚丙烯板材固定在工作台上；/n（2）在聚丙烯板材待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；/n（3）将洁净的铝合金板材放置在聚丙烯板材上并固定；/n（4）使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于铝合金和聚丙烯搅拌摩擦焊接的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将洁净的聚丙烯板材固定在工作台上；
（2）在聚丙烯板材待焊接区域表面加工凹槽，将粉体置于凹槽中并压实；
（3）将洁净的铝合金板材放置在聚丙烯板材上并固定；
（4）使搅拌头的搅拌针中心与凹槽中心重合，开始焊接过程，待焊接完成后，取下工件，完成焊接。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高吉成，俞亮，张孙艺，陈悦蓉，靳惠明，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32