[发明专利]提高镁合金搅拌摩擦焊后接头的力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明专利属于金属材料焊接技术领域，涉及一种提高镁合金搅拌摩擦焊后接头的力学性能的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）是英国焊接研究所1991年发明的一项固相连接技术专利。其过程是通过一个具有特定形状的搅拌针插入被焊工件的结合界面，搅拌头高速旋转，使得轴肩和搅拌针与被焊工件发生摩擦产生热量，导致被焊接部位的材料温度升高软化达到热塑性状态，近缝区热塑性状态的被焊材料在搅拌针的旋转搅拌作用下发生塑性流动，且沿焊接方向发生相对运动，并在轴肩顶锻压力下完成焊接的过程。

目前，搅拌摩擦焊接镁合金方面取得了显著的发展，不管是被焊镁合金种类，还是被焊工件的尺寸上都取得了显著的进步，例如“一种中厚板AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接方法”(申请号： 201010240914.7)，介绍了一种适合中厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊接的工艺及方法。但是人们在研究镁合金搅拌摩擦焊接接头力学性能时发现，一般沿着热机械影响区发生断裂，且镁合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能普遍低于镁合金母材，尤其是具有锻造组织的镁合金母材，结合强度只有母材的60-80%，严重影响了镁合金搅拌摩擦焊接件的应用。目前，大量的学者正从事如何提高镁合金搅拌摩擦焊接接头力学性能的研究。主要包括通过控制焊接热输入，减小焊接区晶粒尺寸，提高接头力学性能；还包括通过焊后退火处理，析出第二相粒子，提高接头力学性能。这些方法都具有一定效果，但是效果不十分明显。

研究发现，在镁合金塑性变形过程中容易形成具有特定取向的晶粒结构，即形成织构。织构的形成将严重影响材料的力学性能，使金属材料的性能下降可达20%-50%。研究发现，搅拌摩擦焊接镁合金，尤其是具有锻造组织的镁合金，接头强度普遍低于镁合金母材，其中一个很重要的原因就是在搅拌摩擦焊接的过程中，在接头区域容易形成一种特定的晶粒取向，文献认为这种晶粒取向是以C轴垂直于搅拌针表面，成椭圆形的(0002)基面围绕着搅拌针表面而分布的织构（Seung Hwan C. Park, Yutaka S. Sato, Hiroyuki Kokawa. Metallurgical and Materials Transactions A. Vol. 34(2003)pp: 987-994）。这种取向便于在受力过程中发生滑移开裂，导致镁合金搅拌摩擦焊接接头力学性能降低。虽然“一种搅拌摩擦焊焊缝变形的控制方法”(申请号： 200910115722.0)，提出了采用碾压装置对焊缝进行碾压，但是它主要作用是提高焊缝金属延展性，消除或减少焊接接头的变形，而不是用于解决搅拌摩擦焊接镁合金，尤其是具有锻造组织的镁合金接头强度普遍低于母材的问题。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明专利提出了一种提高镁合金搅拌摩擦焊后接头的力学性能的方法，该方法在搅拌摩擦焊接完成之后，对焊接区域进行塑性变形加工，调整接头区域晶粒取向，从而使被焊工件获得理想的力学性能。

 本发明专利所述的技术方案如下：

提高镁合金搅拌摩擦焊后接头的力学性能的方法，有以下步骤：对搅拌摩擦焊接后的镁合金焊接区域进行轧制或压缩或锻造，改善焊接区域晶粒取向，用X射线衍射分析（XRD）或者背散射电子衍射分析测出镁合金搅拌摩擦焊接头区域的晶粒取向。

所述焊接区域包括在搅拌摩擦焊接镁合金中形成的搅拌区以及搅拌区与母材之间的过渡区。

改善的焊接区域晶粒取向与焊接接头水平方向夹角为0-35°或55-90°。

本发明所述的接头力学性能为屈服强度和最大拉伸强度。

本发明专利与现有技术相比，具有如下的显著效果：

1.在搅拌摩擦焊接完成之后，通过塑性变形加工的手段，改善焊接区域的晶粒取向，从根本和变形机理上，提高了镁合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能，具有很强的应用价值。

2.塑性变形加工手段简单有效，且成本低廉。

3.所用设备简单常见，成本较低，易于推广。

附图说明

图1为镁合金搅拌摩擦焊接完成后横截面各区域晶粒取向示意图；

图2为镁合金搅拌摩擦焊接接头经本发明方法加工后横截面各区域晶粒取向示意图。

具体实施方式