[发明专利]一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头，属于焊接技术领域。 

背景技术

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，而异种材料的焊接技术已经成为解决异种材料复合结构应用前景的首要问题。由于被焊接的两种金属在物理性能以及化学性能等方面具有较大的差异，在界面处容易形成脆性的金属间化合物，一方面起到连接两种母材载体的作用，只有具备一定厚度的金属间化合物层才能形成有效的焊接接头；另一方面，当所述金属间化合物层厚度过大时，焊接接头的强度和塑性将大大降低，因此，获得适当的金属间化合物层厚度是实现异种材料良好焊接的关键问题。 

为了解决上述技术问题，现有技术中往往在被焊接金属的焊接接头上添加中间层物质，中间层物质的物理化学性能一般处于异种母材之间，然而，现有技术中的对接接头不利于中间层物质的添加，人们纷纷研究搭接接头，但是，现有技术中的焊接搭接接头一般是上下搭接，为了便于添加中间层，通常将中间层夹在上部母材和下部母材之间，见图1，这无疑增大了搭接接头的厚度，在摩擦搅拌焊接中，搅拌头需要伸入下部的母材中才能进行充分搅拌，为了保证较适宜的金属间化合物层厚度，需要对搅拌头的旋转速度、搅拌头的轴肩尺寸以及搅拌头与接头接触时影响摩擦热产生的因素进行综合考量，从而对搅拌头提出了较高的设计要求，尤其在接头的厚度较大时，位于上部和下部的接头在搅拌过程中很容易与中间层物质产生界面移动，从而使搅拌头的设计要求变得更高。 

因此，现有技术中缺少一种既便于添加中间层物质又能够在搅拌焊接中降低搅拌头设计难度的搭接接头。 

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种既方便添加中间层物质又能降低搅拌头设计难度的搭接接头。 

为此，本发明提供一种用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头，包括具 

有不同物理或者化学性能且厚度为a的第一接头和第二接头，所述第一接头和所述第二接头至少分别具有倾斜的搭接界面，所述第一接头的倾斜的搭接界面的水平倾斜角为锐角θ，所述第二接头的倾斜的搭接界面的水平倾斜角与所述锐角θ互为补角，所述第一接头的搭接界面与所述第二接头的搭接界面配合后使所述第一接头和第二接头处于同一水平面。

所述锐角θ与搅拌头的轴肩直径d的关系为：   。 

所述第一接头和所述第二接头还分别具有高度为h的竖直的搭接界面。 

所述竖直的搭接界面位于所述倾斜的搭接界面的上部。 

所述竖直的搭接界面位于所述倾斜的搭接界面的下部。 

所述锐角θ与搅拌头的轴肩直径d的关系为：                 。 

所述锐角θ为30-60°。 

所述锐角θ为45°。 

所述第一接头和/或所述第二接头分别具有高出水平面的部分。 

还包括设置在所述搭接界面之间的中间层物质。 

本发明还提供一种采用上述任一技术方案的搭接接头的搅拌摩擦焊接方法。 

本发明提供的用于异种材料搅拌焊接的搭接接头具有以下优点： 

1.   本发明提供的用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头，第一接头和

第二接头至少分别具有倾斜的搭接界面，所述第一接头的倾斜的搭接界面的水平倾斜角为锐角θ，所述第二接头的倾斜的搭接界面的水平倾斜角与所述锐角θ互为补角，将所述第一接头和所述第二接头通过所述倾斜的搭接界面搭接在一起，从而使得所述第一接头和所述第二接头位于同一水平面，相比于现有技术的上下搭接的搭接接头来说，减少了搭接接头的总体厚度，从而降低了对搅拌头的设计要求；并且，所述倾斜的搭接界面方便中间层物质的安装。

   2. 本发明提供的用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头，所述锐角θ与搅拌头的轴肩直径d的关系为：。锐角θ与所述搅拌头的轴肩直径d的该种关系可以保证所述中间层在添加后能够始终位于所述搅拌头的作用范围内，从而有利于改善焊接接头的力学性能。 

3. 本发明提供的用于异种材料搅拌摩擦焊接的搭接接头，所述第一接头和所述第二接头还分别具有高度为h的竖直的搭接界面。所述竖直的搭接界面可以位于所述倾斜的搭接界面的上部，也可以位于所述倾斜的搭接界面的下部。在所述搭接接头上添加一定厚度的中间层物质时，一般会考虑第一接头和第二接头的物理或化学性能的差别大小，在倾斜的搭接界面的基础上增加竖直的搭接界面，可以满足添加中间层物质的同时，减小接头焊缝的宽度，降低对搅拌头轴肩的要求。