一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法技术

本发明专利技术提供了一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其包括如下技术：制备搅拌摩擦焊的冰水冷却环境，维持0

【技术实现步骤摘要】
一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法


[0001]本专利技术属于搅拌摩擦焊
，涉及一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊是1991年专利技术的一种固相焊接技术，它通过高速旋转的搅拌头与工件剧烈摩擦，产生大量热量使材料迅速升温塑化，增塑态金属在搅拌头的压力与旋转作用下，从前端向后侧运动，填充焊缝并经过冷却将待焊材料连接为一个整体。搅拌摩擦焊焊缝组织可以分为四个区域：轴肩影响区、焊核区、热机影响区和热影响区。在搅拌摩擦焊接过程中，虽然焊接峰值温度低于焊接材料熔点，但是焊核区、热机影响区温度仍然相对较高，直接影响到该区域及周围热影响区晶粒组织，且搅拌摩擦焊材料在空气中冷速较慢，焊接接头长期处于焊接高温作用下，容易发生第二相的溶解、长大和粗化。同时，温度过高会造成焊核区再结晶晶粒发生长大，并使热影响区晶粒组织粗化，同母材均匀性降低。这些均会恶化铝合金焊接接头的性能。严格控制焊条件，对改善焊接接头组织和性能具有重要意义。
[0003]对于搅拌摩擦焊焊接材料，由于细小析出物的溶解、粗大第二相的长大和晶粒的粗化，焊缝热影响区容易成为接头的软化区，在该区域发生失效。已有相关专利文献报道，如CN 101439439 A，相对于常规空气搅拌摩擦焊，水下搅拌摩擦焊能获得更好的接头性能，水冷能加快焊接材料高温区的散热，在焊核区达到固溶淬火的效果，析出弥散细小的第二相沉淀，保证接头的焊缝强度；同时抑制焊缝热影响区晶粒及第二相在高温影响下发生的长大和粗化，软化区程度大幅降低，接头整体强度提高，并使焊接完后焊缝热影响区组织与母材的均匀性更强，塑性提高。
[0004]水下搅拌摩擦焊接能改变接头的组织和性能，但关于制造冰水环境，控制0
°
水下温度工艺未见报导，冰水环境易于制造，具有高效低耗、环境要求低等技术优势。冰水环境相较于普通水下，温度更低，对焊接材料的散热及冷却效果更好，焊接完后焊核区第二相沉淀更为弥散细小，强度更好，热影响区组织与母材的均匀性更强，更有利于维持塑性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，待焊材料板材通过冰水环境下的搅拌摩擦焊进行焊接，在焊接的同时被焊材料温度较高的区域被冰水迅速冷却，以达到固溶淬火的效果，析出弥散细小的第二相沉淀，以保证接头的焊缝强度；同时冰水环境抑制了焊接过程中焊缝薄弱区晶粒及第二相在高温变形中发生的长大和粗化，使接头整体性能提升；焊接完后焊缝热影响区组织与母材组织形貌相差不大，热影响区的晶粒及沉淀同母材的均匀性更强，焊缝薄弱区塑性提高。本专利技术对焊接冷却环境控制更为精细，冰水系统能维持稳定0
°
水下环境，相比普通水下环境温度控制更精准、温度更低，且冰水系统能提供散热更快的焊接冷却环境，焊接后焊缝处构件的组织更均匀，力学性能更佳，冰水制备过程简单，冰水环境具有效果稳定性强、性能可靠，节约资源，高效低耗、环境要求低等技术优势，极具实际价值。
[0006]本专利技术技术方案如下。
[0007]本专利技术的目的是提供冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤:
[0008]第一步，采用水下搅拌摩擦焊接设备，制备冰水系统，维持0
°
水下环境；
[0009]第二步，将焊接材料、工作台置于冰水环境中，进行工装固定；
[0010]第三步，对工件进行冰水环境下的搅拌摩擦焊接。
[0011]进一步的，所述第一步中，冰水系统中的冰可以是冰、干冰等利于快速使水降温，且不会对焊缝引入新杂质的固体。
[0012]进一步的，所述的第一步中，冰水系统中的冰为冰时，冰与水的体积配比为1：4～10:1，在匹配不同尺寸工件时，冰的数量应酌情增加。
[0013]进一步的，所述的第一步中，工件尺寸较大时，水中同时加入冰和干冰进行降温，冰、干冰、水的体积配比为1：0.5：4～4：5:1，干冰数量依据工作环境酌情增加。
[0014]进一步的，工件尺寸较大时，需配有相应保温装置。
[0015]进一步的，所述的第一步中，冰水系统中的水与焊接材料直接接触，且完全浸没焊接材料，所述水可以是循环流动的，可以是静止的。
[0016]可选的，冰水系统中的水是静止的，0
°
水下环境维持在工件周围，搅拌摩擦焊机器工作时接触工件表面的水温有所上升。
[0017]可选的，冰水系统中的水是循环流动的，机器工作时，0
°
水在整个工作环境中维持流动。
[0018]进一步的，循环水可以设置为搅拌循环和抽水循环等，使冰水流动。
[0019]进一步的，所述第二步中，焊接材料包括铝合金、镁合金、铅、锌、铜、不锈钢、低碳钢等同种或异种材料。
[0020]进一步的，所述第二步中，焊接材料可以是型材、板材，板材厚度0.5
‑
60mm。
[0021]进一步的，所述第三步中，冰水环境下的搅拌摩擦焊的焊接参数为：旋转速度为10
‑
30000rpm，焊接速度10
‑
500mm/min，刀具轴的夹角保持固定，范围为
‑5°
～5
°
。
[0022]进一步的，所述第三步中，冰水环境下搅拌摩擦焊的组合焊接参数，使焊接过程中在热输入和机械搅拌的影响下，焊接材料发生塑化流动并形成表面完整的焊缝。
[0023]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术制备的冰水系统，具有如下优点：
[0024]1.能够准确控制温度更低的0
°
水下环境，效果稳定性强，性能可靠。在已有专利技术中，有提及液氮、干冰对焊接接头的冷却，但更多涉及的是这几种介质的喷雾冷却，不能使焊接条件维持在一个稳定且精确的温度，本专利技术提供具体0
°
水下实施环境，温度控制范围更精准；
[0025]2.0
°
水下环境温度较普通水温度更低，对接头的强化效果更强。水下环境的搅拌摩擦焊已被很多文献证实具有可行性，冰水作为水下环境的一种，具有更低温度，散热效果更好的特点，对接头整体强度的提升效果更明显。在冰水环境下的焊缝组织焊核区的再结晶晶粒长大倾向更小，结构更为精细，焊缝热影响区组织长大和粗化程度更小，与母材的均匀性更强，在热影响区析出第二相沉淀更为弥散细小，薄弱区强度得到提高，能更好的抑制接头软化程度，为制备更高性能搅拌摩擦焊接接头提供理论依据和方法；
[0026]3.焊接材料与冰水液态环境直接接触，无需额外介质。在整个工作期间，整个工件都浸泡在水下环境中，冰水能更好地把焊接工具和板材的热量传递到周围，可以充分高效
地利用水的吸热能力；
[0027]4.冰水环境简单易制备，极具实际价值。冰水环境制备过程中，不需额外使用特定的工具及仪器，冰块和水易于获得，具有节约资源，高效低耗、环境要求低等技术优势。
附图说明：
[0028]图1为本专利技术部分实施例提供的搅拌摩擦焊的冰水系统示意图；
[0029]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括以下步骤:第一步，采用水下搅拌摩擦焊接设备，制备冰水系统，维持0
°
水下环境；第二步，将焊接材料、工作台置于冰水环境中，进行工装固定；第三步，对工件进行冰水环境下的搅拌摩擦焊接；第三步中，冰水环境下的搅拌摩擦焊的焊接参数为：旋转速度为10
‑
30000rpm，焊接速度10
‑
500mm/min。2.如权利要求1所述冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述的第一步中，冰水系统中的冰可以是冰、干冰等利于快速使水降温，且不会对焊缝引入新杂质的固体。3.如权利要求1所述冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，第一步中，冰水系统中的冰为冰时，冰与水的体积配比为1：4～10:1；第一步中，工件尺寸较大时，水中同时加入冰和干冰进行降温，冰、干冰、水的体积配比为1：0.5：4～4：5:1。4.如权利要求3所述冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述的第一步中，工件尺寸较大时，需配有相应保温装置。5.如权利要求1所述冰水环境下的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述的第一步中，冰水系统中的水与焊接材料直接接触，且完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德智，肖雪敏，罗铭强，陈国钦，庄怀斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：