用于异种材料连接的搅拌摩擦瞬时液相扩散焊接方法技术

本发明专利技术提供的用于异种材料连接的搅拌摩擦瞬时扩散焊接方法，将搅拌摩擦焊与扩散焊相结合，利用搅拌摩擦所产生的热作为扩散焊的热源，在焊接的过程中可以通过不断的移动搅拌头来移动热源，从而完成对待焊接头的不同区域的焊接，焊接过程中不需要另行设置固定设备，并且可以焊接各种形状和尺寸的待焊接头，避免了现有技术中需要另行设置固定设备来提供热源而导致的成本加大以及待焊接头的尺寸和形状容易受到焊接设备的限制的缺陷，具有成本低、适用范围广泛、焊接接头的力学性能优良的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于异种材料连接的搅拌摩擦瞬时扩散焊接方法，属于焊接

技术介绍
新材料的发展，使得异种材料的复合结构在航天、航空以及汽车等工业领域具有非常大的应用前景。近年来，在异种材料的应用中，经常遇到这些材料本身或其与其他材料的连接问题，一些新材料，如陶瓷、复合材料、金属间化合物、非晶态材料、单晶合金等可焊接性较差，采用传统的熔焊技术往往无法焊接或焊接后接头的力学性能较差。目前，扩散焊已经成为异种材料焊接的主要方法。扩散焊是在一定温度和压力下将两种待焊物质的焊接表面相互接触，通过微观塑性变形或通过焊接面产生微量液相而扩 大待焊表面的物理接触，从而使原子间不断扩散并相互渗透，进而实现冶金结合的一种焊接方法。相比于熔焊来说，扩散焊的接合区域无凝固组织、不生成气孔、宏观裂纹等缺陷。但是，扩散焊是在材料的原子水平上实现焊接，焊接过程中需要持续的高温和压力作用，为了满足高温和压力需要，现有扩散焊一般都需要另行加装固定设备来提供恒温热源，这无疑增大了焊接成本；另外，由于扩散焊在整个连接界面都需要实现原子扩散，而固定设备在焊接过程中提供的热源一般不进行移动，这无疑使得扩散焊连接界面的尺寸容易受到设备的限制；同样的，由于受到固定设备的限制，扩散焊接对焊接场地及空间提出了更高的要求。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有扩散焊接技术的成本高、易于受到接头尺寸以及焊接场地等环境限制的缺陷，从而提供一种搅拌摩擦瞬时液相扩散焊接方法。为此，本专利技术提供一种用于异种材料连接的搅拌摩擦扩散焊接方法，至少 包括以下步骤 A.制作由异种材料拼合的待焊接头； B.在所述待焊接头的接合区域添加中间层物质； C.将搅拌头旋转插入所述待焊接头，与所述待焊接头进行摩擦生热，使焊接温度高于异种材料与中间层物质的共晶温度，待所述中间层物质形成局部液相后，沿着焊缝移动所述搅拌头，直至焊接结束。在所述步骤C中，在所述焊缝加热部位的后侧加装可移动的热源， 用于对经过所述搅拌头搅拌的摩擦区域进行保温。所述可移动的热源距离所述焊缝加热部位的后侧的距离为3_15mm。在所述步骤B中，添加的所述中间层物质的的厚度为80-180 μ m。在所述步骤B中，所述中间层物质采用垫片、粉末或者表面镀膜中的任一 种形式添加。在所述步骤A中制作的所述待焊接头为搭接接头。在所述步骤A采用搭接接头时，所述搅拌头的轴肩尺寸d不小于所述中间 层物质的宽度。在所述步骤A中，所述搭接接头的形成过程为先在待焊接的一种材料的 待焊界面上形成水平倾斜角为Θ的水平搭接界面，再在待焊接的另一种材料的待焊界面上形成其水平倾斜角与Θ互为补角的水平搭接界面，然后将两个水平搭接界面拼合形成水平搭接接头。将所述水平倾斜角Θ、搅拌头的轴肩直径d以及所述待焊接头的厚度a 的关系设置为 d > 2a cot Θ。 在所述步骤A中还包括分别在所述水平搭接界面上设置高度为h的竖直搭接界面的步骤，所述竖直搭接接面位于所述斜面的上部或者下部，将所述高度h、所述水平倾斜角Θ、所述搅拌头的轴肩直径d以及所述待焊接头的厚度a的关系设置为d > 2(a — h) cot Θ。本专利技术提供的，具有以下优占-^ \\\ · 本专利技术提供的，将搅拌摩擦焊与扩散焊相结合，利用搅拌摩擦所产生的热作为扩散焊的热源，在焊接的过程中可以通过不断的移动搅拌头来移动热源，从而完成对待焊接头的不同区域的焊接，焊接过程中不需要另行设置固定设备，并且可以焊接各种形状和尺寸的待焊接头，避免了现有技术中需要另行设置固定设备来提供热源而导致的成本加大以及待焊接头的尺寸和形状容易受到焊接设备的限制的缺陷，具有成本低，适用范围广泛的优点。并且，在焊接过程中，通过添加中间层物质，改善了表面接触条件，从而降低对待焊表面的制备质量要求，降低所需的焊接压力；改善扩散条件，加速扩散过程，从而可降低焊接温度，缩短焊接时间；改善冶金反应，避免(或减少)形成脆性金属间化合物；避免或减少因被焊材料之间物理化学性能差异过大所引起的热应力过大，容易出现扩散孔洞等缺陷，总而言之，中间层的加入不但使得焊接过程容易从传统扩散焊接的固定的热源设备和压力设备中解放出来，使得搅拌摩擦焊与扩散焊更容易实现优质的结合，也缩短了焊接时间，并极大了改善了焊缝的力学性能。另外，在连接过程开始时中间层熔化形成液相，液体金属浸润母材表面填充毛细间隙，形成致密的连接界面，随后，在保温过程中，借助固液相之间的相互扩散使液相合金的成分向高熔点侧变化，最终发生等温凝固和固相成分均匀化，使结合区域的组织与母材接近，不会残留凝固铸态组织，从而进一步提高了焊缝的力学性能。并且，由于瞬时液相扩散焊时间主要由等温凝固与成分均匀化时间决定，一般为几分钟，本专利技术将搅拌摩擦和瞬时液相扩散焊结合，在搅拌头的作用下，母材及中间层都产生了强烈的塑性变形，晶粒度和位错密度会急剧增大，大量的晶界及位错为原子的扩散提供了快速通道，且宏观上搅拌头的转动又使其周围材料均匀分布，这将大大减少瞬时液相扩散焊的时间，所以拌摩擦瞬时液相扩散焊连接温度会少于常规瞬时液相扩散焊。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中 图I是本专利技术的实施例I中采用的对接接头与搅拌头配合的结构示意 图2是本专利技术的实施例2中采用的搭接接头与搅拌头配合的结构示意 图3是本专利技术的实施例3中采用的搭接接头与搅拌头配合的结构示意 图4是本专利技术的实施4中采用的搭接接头与搅拌头配合的一种结构示意 图5是本专利技术的实施例4中采用的搭接接头与搅拌头配合的另一种结构示意 图中附图标记表为 I-铝/铝合金板；2_不锈钢/钛板；3_中间层物质。具体实施例方式实施例I 专利技术提供一种用于铝合金与不锈钢连接的搅拌摩擦瞬时液相扩散焊接方法，包括以下步骤 A.将Ni粉和Cu粉混合均匀，制备成喷涂液，采用热喷涂的方式将所述喷涂液喷涂到所述不锈钢板2的焊接面上，形成厚度为IOOym的Ni-Cu镀层，所述Ni-Cu镀层作为铝合金和不锈钢的中间层物质3 ； B.将经过步骤A的不锈钢板2和铝合金板I拼合形成对接接头，见图I; C.将搅拌头旋转插入所述待焊接头，与所述待焊接头进行摩擦生热，使焊接温度高于异种材料与中间层物质的共晶温度，待所述中间层物质3形成局部液相后，沿着焊缝移动所述搅拌头，直至焊接结束。本实施例中的所述Ni-Cu镀层的厚度只是较佳的实施方式，所述Ni-Cu 镀层的厚度为80 μ m-180 μ m时，都能满足焊接要求。为了保证扩散温度，便于原子间的充分扩散，在所述步骤C中，在所述焊缝的加热部位的后侧加装可移动的电弧热，其距离加热部位的后侧的距离可以为3-15mm，在本实施例中，具体的距离为3mm。不同材料的连接如铝(铝合金)与不锈钢的连接，由于铝与不锈钢物理性能相差很大，单纯搅拌摩擦焊不易形成良好接头且工艺参数要求苛刻，金属间化合物是影响铝与不锈钢焊接的主要问题，金属间化合物的厚度有个临界值，小于此临界值化合物的存在可以增加接头的结合强度，大于此值则降低接头强度。而搅拌摩擦扩散焊恰好可以通过搅拌减小扩散焊形成的金属间化合物的厚度，使接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于异种材料连接的搅拌摩擦瞬时液相扩散焊接方法，其特征在于：至少包括以下步骤：制作由异种材料拼合的待焊接头；在所述待焊接头的接合区域添加中间层物质；将搅拌头旋转插入所述待焊接头，与所述待焊接头进行摩擦生热，使焊接温度高于异种材料与中间层物质的共晶温度，待所述中间层物质形成局部液相后，沿着焊缝移动所述搅拌头，直至焊接结束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，张贺，吴会强，黄继华，赵兴科，陈树海，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：