用于铝基复合材料焊接的中间层及其制作方法技术

本发明专利技术公开了用于铝基复合材料焊接的中间层及其制作方法

【技术实现步骤摘要】
用于铝基复合材料焊接的中间层及其制作方法、焊接方法


[0001]本专利技术涉及一种用于铝基复合材料焊接的中间层及其制作方法
、
焊接方法，属于焊接领域
。

技术介绍

[0002]铝基复合材料既具备铝基体质量轻
、
塑性好
、
易于加工等优点，同时又具有添加到铝基体中的增强填料的特性
。
铝基复合材料可具有比铝本身更好的比强度
、
耐磨性和高温性能，常作为结构材料
、
飞机零部件，在航空航天
、
交通运输和能源等领域广泛应用
。
但是，使用常见的熔焊方式如激光焊接
、
氩弧焊等对铝基复合材料进行焊接时，在焊缝处会存在填料与铝基体发生界面反应
、
颗粒团聚等问题，很难实现材料的良好结合
。
[0003]在各种焊接技术中，搅拌摩擦焊被认为是最有望应用于铝基复合材料的焊接方法
。
搅拌摩擦焊的原理是利用高速旋转的搅拌头与待焊板材摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，产生塑性流动，以此实现接头的结合
。
高速旋转的搅拌头可以使填料均匀分散，避免在焊核区发生团聚
。
当搅拌头转速较低时，产生的摩擦热不足以使材料塑化，流动不充分，易在焊缝中产生孔洞，不能实现板材的良好结合
。
只有达到较高转速，产生足够的摩擦热，才会使材料充分融合形成致密的焊缝
。
但是，将搅拌摩擦焊应用于铝基复合材料时，搅拌摩擦焊过程中较高的热输入会导致焊缝区域存在晶粒长大的现象，使得焊接接头强度降低，远低于母材原始强度
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于铝基复合材料焊接的中间层及其制作方法，另外提供一种用于铝基复合材料的焊接方法，使焊接接头的强度与母材原始强度接近
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：第一方面，本申请提供一种用于铝基复合材料焊接的中间层，呈片状，两面的轮廓与母材待焊接面的轮廓一致，中间层原料由铝粉和增强填料构成，所述中间层原料的配比与母材原料的配比一致，所述中间层原料中增强填料的规格与所述母材原料中增强填料的规格一致，所述中间层原料中铝粉的粒径小于所述母材原料中铝粉的粒径
。
[0006]本申请提供的用于铝基复合材料焊接的中间层除了原料中铝粉的粒径小于母材配方外，其余组分和含量与母材一致，该中间层可以抵消搅拌摩擦焊过程中热输入引起的晶粒长大，有效控制焊缝区域的晶粒尺寸，因此可以提高焊接接头的结合强度；小粒径铝粉的使用可以引入更多的
3D
网状
Al2O3，在焊接过程中起到载荷传递和钉扎晶界的作用，能进一步控制晶粒长大，实现铝基复合材料的良好焊接，提高焊接接头强度
。
[0007]进一步地，所述中间层原料中铝粉的粒径为所述母材原料中铝粉的粒径的
15%
‑
90%。
[0008]铝粉粒径越小，制备铝粉的难度越大，成本越高，而且在制作中间层时分散性不
好
。
如果母材原料铝粉粒径已经很小的情况下，比例可以往大取，经实验证明中间层原料中铝粉的粒径只要达到母材原料中铝粉粒径的
90%
或以下就能取得很好的增强接头强度的效果
。
在需要进行两道次焊接时，在满足分散性良好的前提下，中间层原料中铝粉的粒径越小越好
。
[0009]进一步地，所述中间层的厚度为搅拌摩擦焊中搅拌针直径的
10%
‑
150%。
若中间层厚度过小，则难以发挥增强接头强度的效果；若中间层厚度过大，在搅拌摩擦焊过程中中间层不能与母材完全融合
。
[0010]进一步地，所述中间层适用于母材原料中铝粉粒径为
1.5
μ
m
‑
30
μ
m
的铝基复合材料
。
[0011]进一步地，所述中间层适用于母材原料中含
5 wt%
‑
30wt%
增强填料的铝基复合材料
。
[0012]第二方面，本申请提供一种用于铝基复合材料焊接的中间层的制作方法，步骤包括：称取铝粉和增强填料，所述增强填料的用量和规格与待焊接铝基复合材料的母材原料中增强填料的用量和规格一致，所述铝粉的用量与所述母材原料中铝粉的用量一致，所述铝粉的粒径小于所述母材原料中铝粉的粒径；依次进行混料
、
压制
、
烧结，得到截面形状与母材的待焊接面形状一致的第二板材；优选地，烧结后还存在挤压
、
轧制等热加工塑性变形；对所述第二板材进行切片，得到用于铝基复合材料焊接的中间层
。
[0013]第二板材本质上是另外一种和母材性能十分接近的铝基复合材料，切成片状后性能也不会发生显著变化，且中间层中的晶粒尺寸要小于母材的晶粒尺寸，可以抵消搅拌摩擦焊过程中热输入引起的晶粒长大，有效控制焊缝区域的晶粒尺寸，因此可以提高焊接接头的结合强度
。
此外，使用小粒径铝粉原料使得中间层中具有更多的
3D
网状
Al2O3，在焊接过程中起到载荷传递和钉扎晶界的作用，能进一步控制晶粒长大，实现铝基复合材料的良好焊接，提高接头强度
。
[0014]可选地，所述铝粉的粒径为所述母材原料中铝粉的粒径的
15%
‑
90%。
小粒径铝粉制备难度大，成本高，而且在制作第二板材时分散性不好
。
如果母材原料铝粉粒径已经很小的情况下，如5μ
m
以下，在晶粒长大的不良后果与铝粉分散不良的后果之间比较，可适当选择较大粒径的铝粉作为中间层原料，如母材原料中铝粉粒径的
70%
‑
90%
，且经实验证明中间层原料中铝粉的粒径只要达到母材原料中铝粉粒径的
90%
或以下就能取得很好的增强接头强度的效果
。
另外，在需要进行两道次焊接时，在满足分散性良好的前提下，中间层原料中铝粉的粒径越小越好
。
[0015]可选地，所述切片时的厚度为搅拌摩擦焊中搅拌针直径的
10%
‑
150%。
在母材待焊接面较大时，由于第二板材的截面形状需要和母材待焊接面的形状一致，会使得切片难度大，此时可将中间层切得较厚，降低切片难度，在后续焊接时采用两道次焊接使两个母材都能与中间层紧密结合
。
[0016]第三方面，本申请提供一种用于铝基复合材料的焊接方法，包括以下步骤：打磨并清洁按第二方面所述的制作方法制得的用于铝基复合材料焊接的中间层和待焊母材；至少打磨并清洁待焊接面，优选地，打磨并清洁将与搅拌头接触的所有表面
。
[0017]将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于铝基复合材料焊接的中间层，其特征在于，呈片状，两面的轮廓与母材待焊接面的轮廓一致，中间层原料由铝粉和增强填料构成，所述中间层原料的配比与母材原料的配比一致，所述中间层原料中增强填料的规格与所述母材原料中增强填料的规格一致，所述中间层原料中铝粉的粒径小于所述母材原料中铝粉的粒径
。2.
根据权利要求1所述的用于铝基复合材料焊接的中间层，其特征在于，所述中间层原料中铝粉的粒径为所述母材原料中铝粉的粒径的
15%
‑
90%。3.
根据权利要求1所述的用于铝基复合材料焊接的中间层，其特征在于，所述中间层的厚度为搅拌摩擦焊中搅拌针直径的
10%
‑
150%。4.
根据权利要求1所述的用于铝基复合材料焊接的中间层，其特征在于，适用于母材原料中铝粉粒径为
1.5
μ
m
‑
30
μ
m
的铝基复合材料
。5.
根据权利要求1所述的用于铝基复合材料焊接的中间层，其特征在于，适用于母材原料中含
5 wt%
‑
30wt%
增强填料的铝基复合材料
。6.
一种用于铝基复合材料焊接的中间层的制作方法，其特征在于，步骤包括：称取铝粉和增强填料，所述增强填料的用量和规格与待焊接铝基复合材料的母材原料中增强填料的用量和规格一致，所述铝粉的用量与所述母材原料中铝粉的用量一致，所述铝粉的粒径小于所述母材原料中铝粉的粒径；依次进行混料
、
压制
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，赵聪聪，刘伟，夏大彪，冯上样，杨浩，郑念竹，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：