专利名称：一种中厚板az31镁合金的搅拌摩擦焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法，属于材料加工工程焊 接工艺技术领域。
背景技术：
镁合金具有熔点低、导热系数及热膨胀系数大、化学活泼性强等特点，在普通熔化 焊接过程中容易产生夹渣、气孔、变形、裂纹及过热等问题，严重阻碍了其焊接结构件的应 用。国内外许多科研院所和高校都开展了镁合金的焊接方法研究，但仅限于研究小于或等 于IOmm厚的薄板镁合金焊接方法的研究，对厚度在IOmm以上的中厚板镁合金焊接方法的 研究很少，随着高强度镁合金在轻型装甲上的应用，中厚板镁合金的焊接成型开始受到关 注。工艺参数的设定是焊接作业最为重要的一个方面，工艺参数选择是否合理直接影 响到焊接接头的焊接质量。搅拌摩擦焊接的主要焊接工艺参数有搅拌头外观轮廓，焊接倾 角、搅拌头下压量、旋转速度和焊接速度，现有的大量研究均是关于薄板镁合金搅拌摩擦的 焊接方法研究，而中厚板镁合金进行搅拌摩擦焊接的焊接难度大，采用薄板镁合金常用的 搅拌头、焊接工艺和焊接设备时，实现不了优良焊接的目的。所以对中厚板AZ31镁合金进 行对接搅拌摩擦焊接方法研究，具有重要的实用价值。
发明内容
针对目前中厚板镁合金焊接工艺尚不成熟的缺陷，本发明提供了一种中厚板AZ31 镁合金的搅拌摩擦焊接方法。为解决上述技术问题，本发明提供下述技术方案把待焊接的工件对接刚性固定在背垫上。设定搅拌头的焊接倾角为2. 5° 3°， 下压量为0. Imm 0. 2mm,旋转速度为600r/min 1400r/min，焊接速度为100mm/min 200mm/min。焊接时，搅拌头高速旋转并沿所述工件的对接面压入工件，直至搅拌头的轴肩 与工件紧密接触摩擦；然后搅拌头沿被焊接工件的对接面向前移动，通过伸进工件的轴肩 端面和搅拌针对工件的搅拌和摩擦，使搅拌头前面的材料发生强烈塑性变形，随着搅拌头 的移动，高度塑性变形的材料流向搅拌头的背后，形成搅拌摩擦焊接焊缝，整个焊接过程完 毕。其中，所述工件为AZ31镁合金板材，厚度为IOmm 20mm;搅拌头的轴肩为凹进 型，搅拌针为圆台螺旋形；搅拌头轴肩直径为28mm 35mm ；搅拌针根部直径为10. 3mm 15. 1mm，搅拌针端部直径为7. 8mm 9. 3mm ；搅拌针长度9. 6mm 19. 5mm。有益效果通过选择合理的搅拌摩擦焊接工艺参数，得到的焊接接头成型美观，没 有表面裂纹，背部熔合良好，焊接后板材无变形，内部无缺陷；焊接接头抗拉强度最大可以 达到母材的94. 7%，实现了中厚板AZ31镁合金的良好焊接。
具体实施例方式为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。以下实施 例中，所采用搅拌头的轴肩为凹进型，搅拌针为圆台螺旋形。实施例1对IOmm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接。把待焊接的两块IOmm厚AZ31镁 合金板材对接，刚性固定在背垫上，选定焊接工艺参数搅拌头轴肩的直径为28mm，搅拌针 根部直径为10. 3mm，搅拌针端部直径为7. 8mm，搅拌针长度为9. 6mm ；搅拌头的焊接倾角为 2.5°，下压量为0. 1mm，旋转速度为800r/min，焊接速度为200mm/min。焊接时，搅拌头高速 旋转并沿所述工件的对接面压入工件，直至搅拌头的轴肩与工件紧密接触摩擦；然后搅拌 头沿工件的对接面向前移动，通过伸进工件的轴肩端面和搅拌针对工件的搅拌和摩擦，使 搅拌头前面的材料发生强烈塑性变形，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料流向搅拌 头的背后，形成搅拌摩擦焊接焊缝，整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕以后，加工3个 试样进行拉伸试验，接头拉伸试样根据国标GB2651-89进行加工。接头表面较光滑，成型良 好。拉伸试验结果如表1，结果表明1#板材焊接接头抗拉强度均值为197.0MPa，为母材强 度的78.8%。实施例2对IOmm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接。把待焊接的两块IOmm厚AZ31 镁合金板材对接，刚性固定在背垫上，选定焊接工艺参数搅拌头轴肩的直径为28mm，搅拌 针根部直径为10. 3mm，，搅拌针端部直径为7. 8mm，，搅拌针长度为9. 6mm ；搅拌头的焊接倾 角为2. 5°，下压量为0. 1mm，旋转速度为800r/min，焊接速度为lOOmm/min。焊接时，搅拌 头高速旋转并沿所述工件的对接面压入工件，直至搅拌头的轴肩与工件紧密接触摩擦；然 后搅拌头沿工件的对接面向前移动，通过伸进工件的轴肩端面和搅拌针对工件的搅拌和摩 擦，使搅拌头前面的材料发生强烈塑性变形，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料流向 搅拌头的背后，形成搅拌摩擦焊接焊缝，整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕以后，加工 3个试样进行拉伸试验，接头拉伸试样根据国标GB2651-89进行加工。接头表面光滑，成型 良好。拉伸试验结果如表1，结果表明2#板材焊接接头抗拉强度均值236. 7MPa,为母材强 度的94. 7%。抗拉强度较实施例1有大幅提高。实施例3对20mm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接。把待焊接的两块20mm厚AZ31镁 合金板材对接，刚性固定在背垫上，选定焊接工艺参数搅拌头轴肩的直径为35mm，搅拌针 根部直径为15. 1mm，搅拌针端部直径为9. 3mm，搅拌针长度为19. 5mm ；搅拌头的焊接倾角为 3°，下压量为0. 2mm，旋转速度为llOOr/min，焊接速度为150mm/min。焊接时，搅拌头高速 旋转并所述工件的对接面压入工件，直至搅拌头的轴肩与工件紧密接触摩擦；然后搅拌头 沿工件的对接面向前移动，通过伸进工件的轴肩端面和搅拌针对工件的搅拌和摩擦，使搅 拌头前面的材料发生强烈塑性变形，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料流向搅拌头 的背后，形成搅拌摩擦焊接焊缝，整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕以后，加工3个试 样进行拉伸试验，接头拉伸试样根据国标GB2651-89进行加工。接头表面较光滑，没有表面 裂纹。拉伸试验结果如表2，结果表明3#板材焊接接头抗拉强度均值154. 3MPa,为母材强 度的57. 1%。
实施例4对20mm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接。把待焊接的两块20mm厚AZ31 镁合金板材对接，刚性固定在背垫上。选定焊接工艺参数搅拌头轴肩的直径为35mm，搅 拌针根部直径为15. 1mm，搅拌针端部直径为9. 3mm，搅拌针长度为19. 5mm ；搅拌头的焊接 倾角为3°，下压量为0. 2mm，旋转速度为lOOOr/min，焊接速度为150mm/min ；焊接时，搅拌 头高速旋转并沿所述工件的对接面压入工件，直至搅拌头的轴肩与工件紧密接触摩擦；然 后搅拌头沿工件的对接面向前移动，通过伸进工件的轴肩端面和搅拌针对工件的搅拌和摩 擦，使搅拌头前面的材料发生强烈塑性变形，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料流向 搅拌头的背后，形成搅拌摩擦焊接焊缝，整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕以后，加工 3个试样进行拉伸试验，接头拉伸试样根据国标GB2651-89进行加工。表面成型好，飞边较 小。拉伸试验结果如表2，结果表明4#板材焊接接头抗拉强度均值238. 3MPa,为母材强度 的88. 2%，抗拉强度较实施例3有大幅提高。表1 IOmm厚AZ31镁合金焊接接头力学性能 表2 20mm厚AZ31镁合金焊接接头力学性能 注表1、2中抗拉强度、屈服强度、断口延伸率和接头系数分别为1#板材3个试样、 2#板材3个试样、3#板材3个试样和4#板材3个试样的平均值。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等 同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法，采用的搅拌头轴肩为凹进型，搅拌针为圆台螺旋形，其特征在于对待焊接的板材进行搅拌摩擦焊接时，其焊接工艺参数为搅拌头的焊接倾角为2.5°～3°，下压量为0.1mm～0.2mm，旋转速度为600r/min～1400r/min，焊接速度为100mm/min～200mm/min。
2.根据权利要求1所述的一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于 所述板材为AZ31镁合金，厚度范围为IOmm 20mm。
3.根据权利要求1所述的一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于 所述搅拌头轴肩直径优选为28mm 35mm ；搅拌针根部直径优选为10. 3mm 15. 1mm，搅拌 针端部直径优选为7. 8mm 9. 3mm ；搅拌针长度优选为9. 6mm 19. 5mm。
全文摘要
本发明涉及一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法，属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域。具体地说是提供了一种10～20mm厚的AZ31镁合金搅拌磨擦焊接方法。所述搅拌头焊接倾角为2.5°～3°，下压量为0.1～0.2mm，旋转速度为600～1400r/min，焊接速度为100～200mm/min；搅拌头轴肩为凹进型，搅拌针为圆台螺旋形；搅拌头轴肩直径28～35mm；搅拌针根部直径10.3～15.1mm，端部直径为7.8～9.3mm；长度9.6～19.5mm。通过选择合理的焊接工艺参数，得到的接头成型美观，抗拉强度最大可以达到母材的94.7％，实现了中厚板AZ31镁合金的良好焊接。
文档编号B23K20/233GK101885109SQ20101024091
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者李树奎, 杨素媛, 程兴旺, 袁剑, 钟红然 申请人:北京理工大学