一种铝镁异种金属及其静轴肩搅拌摩擦焊工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于异种金属焊接技术领域，具体为一种铝镁异种金属及其静轴肩搅拌摩擦焊工艺和装置，选用含有一定量稀土的稀土镁合金和不含稀土的铝合金进行焊接，且在静轴肩侧面设置若干通孔，高压气体通过通孔喷射在搅拌针与静轴肩之间的缝隙，形成一定的气压，减少进入搅拌针和静轴肩之间缝隙的软化材料，减少搅拌针与静轴肩及进入缝隙的软化材料的摩擦，避免产生过热现象，不会出现焊缝开裂现象；高压气体形成的一定的气压可以减少工件在搅拌摩擦焊接过程中与空气的接触，降低焊接过程的高温氧化的可能。本发明专利技术采用更高的搅拌针转速和焊接速度实现铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊，改善了焊接成形质量和焊接接头的强度，提高了生产效率。产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种铝镁异种金属及其静轴肩搅拌摩擦焊工艺和装置


[0001]本专利技术涉及异种金属焊接
，具体为一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺和装置及其制备得到的铝镁异种金属。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊(friction stir welding
‑
简称FSW)是英国焊接研究所在1991年专利技术的一项新型固相连接技术，由于搅拌摩擦焊接过程中焊接温度较传统熔化焊接技术低，不产生熔化现象，可以有效的避免传统焊接缺陷，得到的焊件残余应力和变形小。传统的 FSW 中，轴肩产热是主要的产热方式，这就需要很大的轴向力使轴肩与被焊材料摩擦产生足够的热量并使焊缝成形良好， 这对设备和夹具有很高的刚度要求。与此同时，FSW 焊接时的主轴扭矩和搅拌工具所受的阻力很大，因而消耗的电动机功率较大。
[0003]静轴肩搅拌摩擦焊是一种在传统搅拌摩擦焊基础上发展而来的技术。不同于传统搅拌摩擦焊焊具的轴肩和搅拌针是一体式的，静止轴肩焊具的轴肩和搅拌针是分离的，焊接过程中，搅拌针旋转并插入到待焊材料中，而轴肩不旋转。静轴肩搅拌摩擦焊过程中仅通过搅拌针高速旋转实现材料连接，焊接过程产热少、焊接变形小、接头性能损失小，而且静止轴肩不压入焊缝，故不存在焊缝减薄的现象。
[0004]静轴肩搅拌摩擦焊已经可以实现异种金属的焊接，经过对静轴肩搅拌摩擦焊后铝合金和镁合金的焊缝进行分析发现，镁合金在搅拌摩擦焊过程中呈层状嵌入到铝合金基体中, 这种层状结构当中出现的极微小空洞常常出现在靠近镁合金的一侧, 同时在连接界面还发现了狭长的中间层，对中间层进行分析发现，其中含有大量的Al
12
Mg
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和Al3Mg2等脆性金属间化合物，这是对焊接成形质量和焊接接头强度影响的主要原因。
[0005]但是为了提高生产效率，研究人员通常会采用提高搅拌针转速和焊接速度的方式，然而，采用较高的搅拌针转速会加剧搅拌针与静轴肩和进入搅拌针和静轴肩缝隙的软化材料的摩擦，加快搅拌针和静轴肩的磨损和消耗，并且会由于搅拌针与静轴肩的摩擦导致静止轴肩出现温升情况，产生过热现象，引起超出控制范围的焊接形变，造成焊缝开裂现象，较快的焊接速度也会加剧焊缝开裂现象的发生。且对于那些对焊接热输入异常敏感的材料，例如铝和镁合金，降低对焊接材料的焊接热输入更有利于焊缝成形。
[0006]铝镁异种合金的静轴肩搅拌摩擦焊接过程中产生金属间化合物对焊缝组织和力学性能有不利影响，如何减少铝镁异种材料静轴肩搅拌摩擦焊接过程中生成的金属间化合物以提高接头组织性能并提高生产效率的研究未见报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的是提出一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，旨在解决目前在铝镁异种金属静轴肩搅拌摩擦焊时存在焊缝开裂、生成脆性夹杂物难以获得理想强度的焊接接头、生产效率不高等问题。
[0008]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，包括如下步骤：S1.待焊金属原料准备选择同样厚度的镁合金薄板和铝合金薄板备用，所述镁合金为含有一定量稀土的稀土镁合金，铝合金为不含稀土的铝合金；S2.静轴肩搅拌摩擦焊装置改造在静轴肩侧面设置若干通孔，高压气体通过通孔喷射在搅拌针与静轴肩之间的缝隙，形成一定的气压，减少进入搅拌针和静轴肩之间缝隙的软化材料，以减少搅拌针与静轴肩及进入缝隙的软化材料的摩擦；S3.焊接设定焊接工艺参数，将待焊金属原料放入焊接平台，实现铝镁异种金属的焊接。
[0009]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述铝合金为6061
‑
T6铝合金。
[0010]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述稀土镁合金为含有一定量稀土的AZ31B镁合金。
[0011]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述稀土镁合金稀土含量为0.2
‑
0.8wt%。具体的，可以为0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%或0.8wt%等。
[0012]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述稀土为Nd、Y、Ce中的至少一种。
[0013]采用稀土镁合金与铝合金异种焊接的焊缝，由于稀土元素的引入，稀土元素可以与铝元素和镁元素形成高熔点、高热稳定性的金属间化合物，从而减少Al
12
Mg
17
和Al3Mg2等脆性的金属间化合物的产生，镁合金在静轴肩搅拌摩擦焊过程中仍然是呈层状嵌入到铝合金基体中，且在连接界面并未发现Al
12
Mg
17
和Al3Mg2等脆性的金属间化合物，从而提高了焊接成形质量和焊接接头的强度。
[0014]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述镁合金薄板的厚度为4
‑
6mm。具体的，可以为4mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm、5.3mm、5.5mm、5.7mm或6mm等。
[0015]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述铝合金薄板的厚度为4
‑
6mm。具体的，可以为4mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm、5.3mm、5.5mm、5.7mm或6mm等。
[0016]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述高压气体为氮气、氩气等气体，可以减少工件在搅拌摩擦焊接过程中与空气的接触，降低焊接过程的高温氧化的可能。
[0017]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述高压气体的压力为6
‑
9MPa。
[0018]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，设定的搅拌针的转速为1800
‑
3000 r/min。具体的，可以为1800r/min、1900r/min、2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min或3000r/min等。
[0019]作为本专利技术所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺的优选方案，其中：所述步骤S3中，所述焊接速度为150
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300 mm/min。具体的，可以为150mm/min、180mm/min、200mm/min、220mm/min、250mm/min、270mm/min、300mm/min。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1.待焊金属原料准备选择同样厚度的镁合金薄板和铝合金薄板备用，所述镁合金为含有一定量稀土的稀土镁合金，铝合金为不含稀土的铝合金；S2.静轴肩搅拌摩擦焊装置改造在静轴肩侧面设置若干通孔，高压气体通过通孔喷射在搅拌针与静轴肩之间的缝隙，形成一定的气压；S3.焊接设定焊接工艺参数，将待焊金属原料放入焊接平台，实现铝镁异种金属的焊接。2.根据权利要求1所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述铝合金为6061
‑
T6铝合金，所述稀土镁合金为含有一定量稀土的AZ31B镁合金。3.根据权利要求1所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述稀土镁合金稀土含量为0.2
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0.8wt%。4.根据权利要求1所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述稀土为Nd、Y、Ce中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种铝镁异种金属的静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华英，杜婷，赵广辉，宋耀辉，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：