搅拌摩擦焊接专用搅拌头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，用于解决现有的铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法形成的接头剪切强度低的技术问题。技术方案是搅拌头由轴根（１）和轴肩（２）组合而成，所述轴肩（２）上的搅拌面（３）是圆环凹面，在轴肩（２）的轴芯处镶嵌有旋转锉（４）。采用专用搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，使铝合金与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢接头的剪切强度由现有技术的２４～３５ＭＰａ提高到７５～９８ＭＰａ。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种搅拌头，特别是一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头。
技术介绍
异种金属的连接是现代制造业的热门课题。尤其是具有互补的物化特性，以铝合 金、镁合金为代表的比重小、导热快的低熔点金属与不锈钢等耐腐蚀性好、耐高温氧化及强 度高的高熔点金属的复合连接技术更是关注的焦点。铝及铝合金与不锈钢的连接结构在工 业生产和日常生活中都有着非常广泛的应用，如航天推进器的导管结构、热管结构、铝合金 与不锈钢筒体结构、高压锅中不锈钢与铝合金锅底结构等。然而，无论在热物理性能，如熔 点、热导率、线膨胀系数等方面，还是在材料力学性能方面差异较大而导致的异质金属连接 困难、接头性能差一直都是研究的核心点。参照图3，公知的搅拌头是圆台结构，由轴根1和轴肩2组合而成，搅拌面3是平文献“铝合金与不锈钢的过渡层钎焊，吕学勤，杨尚磊，吴毅雄，石忠贤，《焊接学 报》，2004，25(1) :95-102”公开了一种铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法，该方法采用Ni/ Cu过渡层对LF3铝合金与0Crl8Ni9不锈钢进行钎焊，方法是打磨清理不锈钢待焊表面后， 用电刷镀特殊镀M液和快速镀Cu液依次在活化后的不锈钢面上刷镀Ni、Cu层，实现了 铝合金与不锈钢的大面积面-面焊接，但由于有钎缝界面有大量脆性化合物生成，且较厚 的镀层增加了镀层的内应力和微裂纹，不利于接头的可靠结合，只得到了剪切强度为M 35Mpa的接头；接头强度只均有母材的30 45% ；且对焊件待焊表面的制备和装配要求较 高，焊接热循环周期长，一般需要几十分钟到几十小时，生产率低，制造成本较高；需要在真 空或保护气氛下同时加热加压，需使用专用设备，投资大，焊件尺寸受到设备容量限制。
技术实现思路
为了克服现有铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法形成的接头剪切强度低的不足， 本技术提供一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金 属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈 的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，可以提高铝合金与不锈钢接头的剪切强度。本技术解决其技术问题所采用的技术方案一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头， 由轴根1和轴肩2组合而成，其特点是所述轴肩2上的搅拌面3是圆环凹面，在轴肩2的轴 芯处镶嵌有旋转锉4。所述旋转锉4的材料是硬质合金。本技术的有益效果是由于采用专门设计搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面， 摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属 表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，使铝合金与ICrlSNiOTi不锈钢 接头的剪切强度由现有技术的M 35Mpa提高到75 98Mpa。以下结合附图和具体实施方式对本技术作详细说明。附图说明图1是本技术摩擦焊接用搅拌头结构示意图。图2是本技术方法焊接过程示意图。图3是
技术介绍
摩擦焊接用搅拌头结构示意图。图中，1-轴根，2-轴肩，3-搅拌面，4-旋转锉，5-切面，6-铝合金，7-lCrl8Ni9Ti不 锈钢。具体实施方式以下实施例参照图1 2。实施例1 搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根1和轴肩2组合而成，搅拌面3是圆环 凹面，在轴肩2的轴芯镶嵌有旋转锉4，旋转锉4由硬质合金材料制成。轴肩直径Φ25πιπι， 旋转锉直径Φ 6mm。实施例2 :1060铝合金与lCrl8Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。打磨清理1060铝合金6和ICrlSNiOTi不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波 清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2. 7mm厚的1060铝合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅 拌摩擦焊机上，选择参数专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60 300mm/min。开机， 专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入1060铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表 面有0. 5mm的下压量时，旋转锉4底部进入lCrl8Ni9Ti不锈钢7中0. 3mm ；平稳旋转后工 作台水平勻速移动，形成焊缝。连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞； 经过对焊接后的1060铝合金/ICrlSNiOTi不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强 度为79 89Mpa。实施例3 6061铝合金与lCrl8Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。打磨清理6061铝合金6和ICrlSNiOTi不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波 清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2. 7mm厚的6061铝合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅 拌摩擦焊机上，选择参数专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60 300mm/min。开机， 专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入6061铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表 面有0. 5mm的下压量时，旋转锉4底部进入lCrl8Ni9Ti不锈钢7中0. 3mm ；平稳旋转后工 作台水平勻速移动，形成焊缝。连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞； 经过对焊接后的6061铝合金/ICrlSNiOTi不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强 度为89 97Mpa。实施例4 2024铝合金与lCrl8Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。打磨清理20M铝合金6和ICrlSNiOTi不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波 清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2. 7mm厚的20M铝合金6水平放在lCrl8Ni9Ti4不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅 拌摩擦焊机上，选择参数专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60 300mm/min。开机， 专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入20M铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表 面有0. 5mm的下压量时，旋转锉4底部进入lCrl8Ni9Ti不锈钢7中0. 3mm ；平稳旋转后工 作台水平勻速移动，形成焊缝。 连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞； 经过对焊接后的20M铝合金/ICrlSNiOTi不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强 度为87 98Mpa。权利要求1.一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根(1)和轴肩( 组合而成，其特征在于所述 轴肩( 上的搅拌面C3)是圆环凹面，在轴肩( 的轴芯处镶嵌有旋转锉G)。2.根据权利要求1所述的专用搅拌头，其特征在于所述旋转锉的材料是硬质合金。专利摘要本技术公开了一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，用于解决现有的铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法形成的接头剪切强度低的技术问题。技术方案是搅拌头由轴根(1)和轴肩(2)组合而成，所述轴肩(2)上的搅拌面(3)是圆环凹面，在轴肩(2)的轴芯处镶嵌有旋转锉(4)。采用专用搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，使铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根（１）和轴肩（２）组合而成，其特征在于：所述轴肩（２）上的搅拌面（３）是圆环凹面，在轴肩（２）的轴芯处镶嵌有旋转锉（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏艳妮，熊江涛，李京龙，张赋升，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]