一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法技术

本发明专利技术涉及到一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，包括步骤a、定义搅拌针旋转切向与前进方向一致的一侧为搅拌针前进侧；搅拌针旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；b、将熔点较高的金属材料置于搅拌针前进侧，熔点较低的金属材料置于搅拌针后退侧；c、利用搅拌头上的搅拌针对两异种金属连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。本发明专利技术通过在焊接区域内以搅拌针为中心，提供一种可调节的交变径向电磁力，径向驱动塑性金属流动和扩散，从而将热机影响区中的部分高熔点合金撕裂并向低熔点合金一侧运动，最终形成焊缝区组织自锁现象，增大结合面积，促进接头的力学性能。促进接头的力学性能。促进接头的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工与成型
，具体涉及一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊工艺是一种绿色焊接工艺，近年来被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。通过搅拌针和轴肩与工件间的摩擦热，在搅拌针的附近形成塑性流动层，塑性流动层在搅拌头高速旋转的作用下填充入搅拌针后方形成的空腔内，从而实现可靠的连接，它具有焊接接头强度高、焊接工件变形小、绿色环保等优点。
[0003]不同的金属材料不仅在化学性质上存在巨大差异，在热物理性能上也存在巨大差异，焊接未熔合、裂纹等缺陷容易在焊接过程中出现，造成焊接结构性能下降。因此减少缺陷的出现，提升焊件质量一直是异种金属材料焊接的难点。
[0004]由于异种合金的搅拌摩擦焊容易在接头中生成脆硬的IMCs进一步演化为化合物层，导致接头的性能大大降低。因此如何抑制和减少异种合金搅拌摩擦焊过程中的IMCs成为了当前研究的重难点。例如：铝钢复合材料兼具钢良好的力学性能和铝的耐腐蚀、高导热性、密度低等特点，可以满足许多特殊使用要求。铝钢界面若生成金属间化合物，会破坏铝钢基体间的冶金结合，严重影响材料的使用性能。因此，抑制铝钢界面金属间化合物的生长是开发铝钢复合材料的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，抑制因异种金属间化合物的生长导致的焊接接头性能降低的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，包括如下具体步骤：a、定义搅拌针旋转切向与前进方向一致的一侧为搅拌针前进侧；搅拌针旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；b、将熔点较高的金属材料置于搅拌针前进侧，熔点较低的金属材料置于搅拌针后退侧；c、利用搅拌头上的搅拌针对两异种金属连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。
[0007]作为一种优选方案，还包括步骤d：根据焊接需要，通过调节电磁力大小改变焊接区塑性流动态金属的流动性。
[0008]作为一种优选方案，在实施步骤c时，通过在搅拌头轴肩端面上设置强力磁铁以及搅拌头的高速旋转来构建电磁力，磁铁沿环绕搅拌针的闭环正星形曲线等间距排列，搅拌针位于闭环正星形曲线的中心。
[0009]作为一种优选方案，位于闭环正星形曲线的每个顶点和每个底点均分别设置有一
个磁铁，相邻顶点和底点之间的曲线上均布有至少一个磁铁。
[0010]作为一种优选方案，任意两相邻磁铁的中心到搅拌针的距离差小于磁铁的半径。
[0011]作为一种优选方案，调节电磁力大小的具体方法包括更换磁力不同的磁铁、改变搅拌头的转速。
[0012]作为一种优选方案，所述轴肩端面上开设有与磁铁一一对应的安装孔，磁铁一一对应地嵌设于安装孔内且磁铁下表面与轴肩端面齐平。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在焊接区域内，以搅拌针为中心，提供一种可调节的交变径向电磁力，径向驱动塑性金属流动和扩散，一方面，搅拌头可以将热机影响区中的部分高熔点合金撕裂，在搅拌头端面的径向扩散驱动力的作用下向低熔点合金一侧运动，最终形成焊缝区组织自锁现象，增大了结合面积，促进了接头的力学性能；另一方面，在交变径向电磁力的作用下，增大了异种金属界面的原子滑动，产生纳米级的预熔层，从而导致纳米级的剪切局部化。并且剪切力预熔层内可以维持足够高的剪切应变率，直到界面达到阈值温度，在不依赖快速凝固的情况下保持固态非晶状态，从而抑制金属间化合物的生成。本专利技术工艺简单，成本低廉，焊接效率高，搅拌头使用寿命高，且能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。
附图说明
[0014]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明，其中：图1是本专利技术中所述搅拌头的结构示意图；图2是图1中的A向视图；图3是图2中的B
‑
B剖视图；图4是本专利技术所述搅拌针进行搅拌焊的过程图；图1~图4中：1、搅拌针，2、第一金属材料，3、第二金属材料，4、搅拌头，5、轴肩端面，6、磁铁，7、闭环正星形曲线。
具体实施方式
[0015]下面结合附图，详细描述本专利技术的具体实施方案。
[0016]结合图1~图4，本专利技术所述的一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，包括如下具体步骤：a、定义搅拌针1旋转切向与前进方向一致的一侧为前进侧；搅拌针1旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；搅拌针1材质优选采用钨铼合金。
[0017]b、将熔点较高的第一金属材料2置于搅拌针1前进侧，熔点较低的第二金属材料3置于搅拌针1后退侧；c、利用搅拌头4上的搅拌针1对第一金属材料2和第二金属材料3连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针1周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。电磁力通过在搅拌头4轴肩端面5上设置强力磁铁6以及搅拌头4的高速旋转来构建，磁铁6沿环绕搅拌针4的闭环正星形曲线7等间距排列，搅拌针1位于闭环正星形曲线7的中心。磁铁6为钕铁硼磁铁，径向充磁，表面镀铬，呈圆柱状。
[0018]d：根据焊接需要，通过调节电磁力大小改变焊接区塑性流动态金属的流动性。调
节电磁力大小的具体方法包括更换磁力不同的磁铁6、改变搅拌头4的转速。
[0019]如图2所示，在本实施例中，闭环正星形曲线7为四角星形，位于闭环正星形曲线7的每个顶点和每个底点均分别设置有一个磁铁6，相邻顶点和底点之间的曲线中点设置有一个磁铁6。任意两相邻磁铁6的中心到搅拌针1的距离差小于磁铁6的半径。
[0020]在本专利技术中，闭环正星形曲线7的顶点是指离闭环正星形曲线7构成的星形中心最远的点，底点是指离闭环正星形曲线7构成的星形中心最近的点。
[0021]在实际生产中，相邻顶点和底点之间的曲线上也可设置多个磁铁6，多个磁铁6沿顶点和底点之间的曲线或直线均布。
[0022]如图3所示，轴肩端面5上开设有与磁铁6一一对应的安装孔8，磁铁6一一对应地嵌设于安装孔8内且磁铁6下表面与轴肩端面5齐平。磁铁6安置完毕后，轴肩端面5外表面喷涂一层热障涂层9。
[0023]在本实施例中，在进行步骤c时，搅拌针1的中心偏向于熔点较低的第二金属材料一侧。
[0024]本专利技术工作原理是：如图1~图4所示，在搅拌头4和搅拌针1高速旋转过程中，搅拌针1周围焊接区内的金属形成塑性流动态，随着搅拌头4的高速旋转，位于焊接区内的金属同一位置上方的磁铁6在交替变换，且变换规律为沿搅拌针的径向往复，不断往复变换磁铁6对焊接区塑性流动态的金属产生径向向内和向外交变的电磁力，根据闭环正星形曲线顶点数量的不同，搅拌头4每转动一圈，电磁力交变次数也会有所不同，在本实施例中，由于闭环正星形曲线顶点数量为四个，因此，搅拌头4每转动一圈电磁力交变次数为四次，那么，位于顶点和底点之间的塑性流动态金属所受力的频率最大值是搅拌头4旋转频率的4倍。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括如下具体步骤：a、定义搅拌针旋转切向与前进方向一致的一侧为搅拌针前进侧；搅拌针旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；b、将熔点较高的金属材料置于搅拌针前进侧，熔点较低的金属材料置于搅拌针后退侧；c、利用搅拌头上的搅拌针对两异种金属连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。2.根据权利要求1所述的一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，还包括步骤d：根据焊接需要，通过调节电磁力大小改变焊接区塑性流动态金属的流动性。3.根据权利要求1所述的一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，在实施步骤c时，通过在搅拌头轴肩端面上设置强力磁铁以及搅拌头的高速旋转来构建电磁力，磁铁沿环绕搅拌针的闭环正星...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，陈书锦，陈鑫毅，孙宏伟，刘超，张本顺，方臣富，罗建坤，陈树君，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：