一种具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法技术

一种具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，在铝、镁、铜、锌、钛、钢等被连接金属件上开螺纹孔；将螺钉拧入螺纹孔紧固；用无针式搅拌摩擦焊（焊接工具仅有轴肩而没有搅拌针）对螺钉进行沿拧紧方向的旋转、压紧，通过剧烈的摩擦生热和塑性变形，使螺钉进一步紧固，并在螺钉尾部和被连接金属件之间形成具有几毫米深的焊接层。该连接方法结合强度高；接合处隐蔽，不影响装配、美观；而且密封性好，可有效防止气体与液体的渗漏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料的连接
，具体涉及一种具有密封效应的嵌入式金属 材料连接方法。
技术介绍
一些构件在工作时，既要求零件之间要传递载荷，又不能有过多的连接点暴露在 外，影响装配，还要考虑构件外表美观性，有些场合还要求对气体、液体有良好的密封性。常 规的螺钉/螺栓连接、焊接、胶接方法很难同时满足上述要求。装备制造业非常需要能同时 满足上述要求的连接工艺。搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding, FSW)是由英国焊接研究所于1991年发 明的一种固相焊接技术。FSW工作原理如图1所示焊接时，搅拌头(焊接工具，由轴肩和搅 拌针)高速旋转，使搅拌针挤入待焊工件接缝处直至轴肩与工件表面接触，轴肩与工件表面 摩擦产生温升(低于被焊材料熔点)使材料软化，搅拌针则带动接缝两侧材料产生塑性流变 和混合，搅拌头沿接缝移动形成均匀致密的焊缝，焊接结束时搅拌针拔出，在板上留下一个 类似于钥匙孔的针孔。FSW形成的焊缝具有锻态组织特点，且焊接过程无需填充材料、保护 气氛以及辅助加热，还可实现全自动化焊接。FSW理论上几乎可适用于所有具有塑性流变 能力材料的焊接，并具有高效、优质、节能无污染的优点，被誉为“绿色焊接技术”。目前FSW 不仅被应用于传统技术难以焊接的铝、镁合金等金属的焊接，还被用来补充或替代其它焊 接技术以提高材料的焊接质量。FSW不仅可以实现对接焊接，而且可以进行搭接与点焊。搭接时搅拌针穿透上板面 并插入下板一定深度，然后水平移动，两板接触面处被针扫过的区域形成焊缝。点焊时，搅 拌针穿透上板面并插入下板一定深度，保压一定时间后，无水平移动直接拔出，在板上留下 一个类似于钥匙孔的针孔，依靠搅拌针周围材料的热塑性变形形成焊点。上述两种方式的焊接受接合面积限制，结合强度有限，仅限于薄板件的焊接，而且 常规情况下还会因搅拌针拔出后留下匙孔，影响美观。更为重要的是，它们对于异种金属的 焊接难度很大，这是因为异种金属焊接时易出现脆性的金属间化合物。另外，还有一种用作修复工艺的FSW方法搅拌摩擦塞焊，即先在工件上需要修复 的地方打孔，用修复料做成可消耗式搅拌针，搅拌针旋转插入时变软断在孔中实现补焊。搅 拌摩擦塞焊受工作方式限制，搅拌针的长度和尺寸变化有限，不适于进行零件的连接。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该连接方法 结合强度高；接合处隐蔽，不影响装备、美观；而且密封性好，可有效防止气体与液体的渗 漏。可用于连接后需要装配、对外表美观、或对气体/液体密封性要求高的零件连接。本专利技术提供了，该方法的具体过程 为先在被连接金属件上开螺纹孔，再用螺钉拧入螺纹孔进行紧固，然后对紧固好的螺钉沿紧固方向进行摩擦焊接，通过剧烈的摩擦生热和塑性变形，使螺钉进一步紧固，并在螺钉尾部和被连接金属件之间形成具有几毫米深的焊接层。本专利技术提供的具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，所述金属件为金属材料铝、镁、铜、锌、钛、钢中的至少一种。本专利技术提供的具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，所述螺钉的材质与被焊件相同，或者为性能更好的异种金属材料。本专利技术提供的具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，所述摩擦焊接技术为无针式搅拌摩擦焊；所述无针式搅拌摩擦焊的焊接工具仅有轴肩而没有搅拌针。本专利技术方法中，首先根据传递载荷的大小，选取螺钉的材质与尺寸，然后用无针式搅拌摩擦焊进行紧固、焊接，并根据工件材质选取合适的工艺参数。工具转速400-4000转/分钟，压下速度10-100晕米/分钟，压下量O. 1-2晕米，保压时间1-20秒钟。与传统螺纹连接相比，本专利技术工艺的结合强度更高，具有密封性，而且外表美观，不影响零件之间的装配。与搅拌摩擦点焊相比，由于引入同质/异质螺钉，结合强度极大提高。因此，有理由相信这种新的连接工艺将有广阔的工业应用前景。附图说明图1为搅拌摩擦焊原理与过程示意图；图2为本专利技术连接示意图，其中，1、2为待焊金属件，3为螺钉，4为焊接区域。具体实施例方式下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1用该方法连接10毫米厚的两块6061铝合金板材。先用同材质的MlO螺钉紧固，然后在转速2000转/分钟、压下量O. 5毫米、压下速度10毫米/分钟、保压时间6秒钟的条件下进行无搅拌针的摩擦焊接紧固。在搅拌工具造成的强塑性变形和摩擦热作用下，螺钉进一步紧固，并在螺钉尾部和被焊件形成具有一定深度的焊接层，铣去焊点表层飞边后，无缝隙存在。打水压没有出现漏水现象，说明实现密封焊接。实施例2用该方法连接15毫米厚的两块AZ91D镁合金铸板。先用铝材质的M12螺钉紧固，然后在转速3000转/分钟、压下量O. 5毫米、压下速度10毫米/分钟、保压时间8进行搅拌摩擦焊接紧固。铣去焊点表层飞边后，无缝隙存在，实现密封焊接。比较例I用该方法连接10毫米厚的两块6061铝合金板材。先用同材质的MlO螺钉紧固，然后在转速300转/分钟、压下量O. 5毫米、保压时间6秒钟的条件下进行无搅拌针的摩擦焊接紧固。铣去焊点表层飞边后，可观察到缝隙存在，表明未能实现密封焊接。原因是工具转速过低，产生的摩擦热不足，塑性变形不充分，未能实现紧密焊接。比较例2用该方法连接10毫米厚的两块6061铝合金板材。先用同材质的MlO螺钉紧固，然后在转速2000转/分钟、压下量O. 5毫米、保压时间2秒钟的条件下进行无搅拌针的摩擦焊接紧固。铣去焊点表层飞边后，可观察到缝隙存在，表明未能实现密封焊接。原因是保 压时间过短，产生的摩擦热不足，塑性变形不充分，未能实现紧密焊接。比较例3用螺钉连接10毫米厚的两块6061铝合金板材，用同材质的MlO螺钉紧固。当螺 钉尾部露在外面时，无法进行后续装备配合。比较例4用螺钉连接10毫米厚的两块6061铝合金板材，用同材质的MlO螺钉紧固。当螺 钉尾部沉入板面时，打水压实验中出现漏水现象。比较例5用该方法连接15毫米厚的两块AZ91D镁合金铸板。先用铝材质的M12螺钉紧固， 然后在转速3000转/分钟、压下量O. 5毫米、保压时间5秒钟下进行无搅拌针的摩擦焊接 紧固。铣去焊点表层飞边后，可观察到缝隙存在，表明未能实现密封焊接。原因是摩擦热不 足、塑性变形不充分，未能实现紧密焊接。权利要求1.，其特征在于该方法的具体过程为先在被连接金属件上开螺纹孔，再用螺钉拧入螺纹孔进行紧固，然后对紧固好的螺钉沿紧固方向进行摩擦焊接，通过剧烈的摩擦生热和塑性变形，使螺钉进一步紧固，并在螺钉尾部和被连接金属件之间形成焊接层。2.按照权利要求1所述具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于所述金属件为金属材料铝、镁、铜、锌、钛、钢中的至少一种。3.按照权利要求1所述具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于所述螺钉的材质与被连接金属件相同，或者为性能更好的异种金属材料。4.按照权利要求1所述具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于所述摩擦焊接方法为无针式搅拌摩擦焊。5.按照权利要求4所述具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于所述无针式搅拌摩擦焊的焊接工具仅有轴肩而没有搅拌针。6.按照权利要求1或4所述具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于所述焊接工艺参数为工具转速400-4000转/分钟，压下速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有密封效应的嵌入式金属材料连接方法，其特征在于：该方法的具体过程为：先在被连接金属件上开螺纹孔，再用螺钉拧入螺纹孔进行紧固，然后对紧固好的螺钉沿紧固方向进行摩擦焊接，通过剧烈的摩擦生热和塑性变形，使螺钉进一步紧固，并在螺钉尾部和被连接金属件之间形成焊接层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪丁瑞，马宗义，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：