专利名称：一种加热搅拌摩擦焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种加热搅拌摩擦焊接方法，包括以下过程，其特征在于在焊接之前，先将被焊工件表面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温加热设备 上。再根据不同的材料调节加热设备至合适的温度并进行加热直至温度稳定。在搅拌摩擦 焊接过程中，加热设备的加热温度保持不变至焊接过程结束。
背景技术：
采用传统的熔化焊(例如，激光焊、氩弧焊、电子束焊和气体保护焊等)对材料进 行焊接时，由于在焊接过程中材料需经过熔化和凝固过程，不可避免的焊接缺陷经常出现 在焊件中，严重降低了焊件的力学性能。因此，迫切需要一种新的焊接工艺来突破这个瓶 颈。1991年，著名的英国焊接研究所(TWI)发明了一种新型的固相搅拌摩擦焊接技术。它的 工作原理非常简单-即将高速旋转的带有搅拌针的搅拌头插入工件中，利用搅拌头与工件 摩擦产生的热量使被焊材料局部软化，被焊材料在搅拌头的搅拌作用下发生塑性流动结合 在一起形成不可拆分的原子间的连接的焊接方式。搅拌摩擦焊可以分为线搅拌摩擦焊和点 搅拌摩擦焊两种。线搅拌摩擦是在旋转的搅拌头插入后，通过搅拌头的线性移动实现对工 件的焊接而点搅拌摩擦焊则在焊接时保持搅拌头位置不变并通过其旋转和下压而实现材 料的焊接。同传统的熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有以下优异的性能一、在冶金方面搅拌 摩擦焊件变形较小、尺寸稳定性和可靠性良好、接头晶粒细小、无焊缝金属元素的烧损且焊 缝中裂纹较少。二、在环境保护方面搅拌摩擦焊在焊前，焊接接口部位只需去油处理，无需 打磨或洗刷；在焊接过程中，不需焊丝和保护气氛，也没有电弧、磁冲击、闪光、辐射、烟雾和 异味的出现，不影响其它电器设备使用，绿色环保。三、在能源消耗方面搅拌摩擦焊能够非 常容易的实现轻合金的焊接，因此，有利于轻合金在汽车和航空航天领域的广泛应用，从而 降低这些运载工具的重量而减少燃油的消耗。另外，搅拌摩擦焊接能耗较少，单面焊12. 5mm 深度所需动力为3kW，仅为激光焊的2. 5%。然而，该工艺也有困难一即如何提高被焊工件 的塑性变形能力。在焊接过程中，由于搅拌头和工件之间所产生的摩擦热有限，材料塑性变 形和流动不足，从而使焊缝中出现气孔和未熔合等缺陷。虽然提高搅拌头旋转速度可以提 高焊接热输入，但随着时间的增长，焊接接头表面与工件之间的摩擦减小，会导致对焊接接 头的热输入亦随之减小。另外，降低搅拌头移动速度亦可以显著提高焊接热输入，但低的移 动速度又会导致焊后工件中存在较大的残余应力，严重降低焊接接头的力学性能。因此，拥 有较大优势的搅拌摩擦焊迫切需要一种工艺来改善其焊接接头性能。
发明内容
本发明目的是提供一种加热搅拌摩擦焊接技术，该技术可以显著提高焊接接头拉 伸性能和改善高熔点和低塑性材料的搅拌摩擦焊接性能。本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种加热搅拌摩擦焊接工艺，其特征在 于，在搅拌摩擦焊接过程中，采用加热设备对工件进行持续加热直至完成焊接。
上述的加热搅拌摩擦焊接方法，其特征在于包括以下过程一种搅拌摩擦焊接方法，其特征在于包括以下过程在焊接之前，先将被焊工件表 面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温加热设备上。再根据不同的材 料调节加热设备至合适的温度并进行加热直至温度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，加热设 备的加热温度保持不变至焊接过程结束。本发明优点是通过在搅拌摩擦焊接过程中持续加热，提高了被焊材料的流动性及 塑性变形能力。拉伸测试结果表明，采用此种焊接工艺进行镁合金点焊时，焊接接头的连接 区宽度明显增加，而且焊接接头中由塑性变形能力低所引起的孔洞迅速减少。因此，焊接接 头的拉伸性能显著提高。
图1是未加热搅拌摩擦点焊焊接接头横断面的显微金相照片，可以看到，连接区 域较窄，其宽度约为180 μ m。图2是未加热搅拌摩擦点焊焊接接头界面裂纹终端放大图，可以看到，有较多的 气孔存在于其周围。图3是未加热搅拌摩擦点焊焊接接头部分反应区显微金相照片，可以看到，部分 反应界面较宽，且有较多的气孔存在。图4是未加热搅拌摩擦点焊焊接接头完全反应区显微金相照片，可以看到，虽然 界面完全反应，但是粗晶区和细晶区的界面十分明显。图5是加热搅拌摩擦点焊焊接接头横断面的显微金相照片，可以看到，连接区域 宽度明显增加，约为500 μ m。图6是加热搅拌摩擦点焊焊接接头部分反应区显微金相照片，可以看到，其周围 气孔显著减少。图7是加热搅拌摩擦点焊焊接接头部分反应区放大图，可以看到，部分反应区界 面宽度明显减小。图8是加热搅拌摩擦点焊焊接接头完全反应区，可以看到，完全反应区粗晶区和 细晶区过度自然，连接良好。图9是加热和未加热搅拌摩擦点焊焊接接头拉伸性能曲线，可以看到，同未加热 的搅拌摩擦点焊接接头相比，加热搅拌摩擦点焊接接头拉伸性能得到50%的提高。
具体实施例方式例 1在焊接之前，先将3mm的镁合金AZ31平板表面打磨并固定在夹持装置上，然后把 夹持装置固定在可控温电阻炉加热设备上。再将电阻炉温度调至300°C并进行加热直至温 度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，电阻加热设备的加热温度保持不变直到焊接过程结束。例 2在焊接之前，先将3mm的镁合金AZ31平板表面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温电阻炉加热设备上。再将电阻炉温度调至350°C并进行加热直至温 度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，电阻加热设备的加热温度保持不变直到焊接过程结束。
例 3在焊接之前，先将3mm的镁合金AZ31平板表面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温电阻炉加热设备上。再将电阻炉温度调至400°C并进行加热直至温 度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，电阻加热设备的加热温度保持不变直到焊接过程结束。
权利要求
一种搅拌摩擦焊接方法，包括以下过程，其特征在于在焊接之前，先将被焊工件表面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温加热设备上。再根据不同的材料调节加热设备至合适的温度并进行加热直至温度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，加热设备的加热温度保持不变至焊接过程结束。
全文摘要
本发明公开了一种加热搅拌摩擦焊接方法，属于搅拌摩擦焊接技术。所述的加热搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊接过程中，采用加热设备对工件进行持续加热直至完成焊接。该加热搅拌摩擦焊焊接过程特征在于包括以下过程在焊接之前，先将被焊工件表面打磨并固定在夹持装置上，然后把夹持装置固定在可控温加热设备上。再根据不同的材料调节加热设备至合适的温度并对工件进行加热直至温度稳定。在搅拌摩擦焊接过程中，加热设备的加热温度保持不变至焊接过程结束。通过此种焊接工艺所得到的焊接接头与未加热搅拌摩擦焊接接头相比，拉伸性能提高50％，并解决了高熔点和低塑性材料搅拌摩擦焊接困难的问题。
文档编号B23K20/12GK101829845SQ201010188310
公开日2010年9月15日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者沈骏, 闵东 申请人:重庆大学