[发明专利]搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测领域，更具体地说，本发明涉及一种搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法，适用于铝合金搅拌摩擦焊焊接头缺陷定性和有效评估。

背景技术

搅拌摩擦焊（Friction stir welding，FSW）作为一种快速发展的新型固相焊接方法，自发明以来就受到制造工业的密切关注和支持，已逐渐成为轻合金材料的主导焊接方法，在新型飞机、空间飞行器、舰船、高速列车、汽车、电子、电力以及能源等行业得到了广泛的应用和深入发展。虽然FSW已经在轻金属材料领域得到快速发展和工业应用，但是仍然还有许多FSW基础性问题需要深入研究和理解，如FSW接头中缺陷种类、原因还缺乏系统认识，比如“洋葱环”和“S”线缺乏明确的物理学和冶金学解释，缺陷检测和质量评定标准尚未建立，缺陷的表征研究仅处于探索阶段。然而，FSW焊缝缺陷在一定程度上会对产品的安全性和服役的性能产生较大影响，因此无损检测成为国内外推广FSW在重要工业领域中应用的瓶颈问题。

目前现有技术中，也开展了搅拌摩擦焊焊接接头典型缺陷形成机制及检测方面的研究，其中具体研究了包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷、未焊透缺陷的超声回波动态波形，并分析了各缺陷动态波形的成因。但是，包铝陷入缺陷的包铝层/铝合金基体界面的动态回波特征，并不能模拟铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中产生的焊接缺陷，特别是搅拌摩擦焊接头的典型缺陷——弱连接缺陷（也称为“残余氧化膜缺陷”）。要实现搅拌摩擦焊焊接接头弱连接缺陷，特别是残余氧化膜缺陷的复现和表征，需要从缺陷产生源头来进行制备，通过低倍宏观和微观形貌进行可视化验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够获取典型搅拌摩擦焊弱连接缺陷的搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法，其能够，解决现有搅拌摩擦焊焊接接头弱连接缺陷有效检测及评估的定量和定性等问题。

为了实现上述技术目的，本发明提出一种搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法，其包括：

阳极化处理步骤：对待焊焊接试板进行阳极化处理，在待焊试板的整个表面形成一层的氧化膜；

搅拌摩擦焊步骤：采用小轴肩的搅拌头，焊接开始时搅拌头旋转扎入待焊焊接试板，并停留预定停留时间，随后开始执行搅拌摩擦焊焊接以形成弱连接缺陷。

优选地，所述的搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法还包括在阳极化处理步骤之后并且在搅拌摩擦焊步骤之前执行预处理步骤，用于采用丙酮除去待焊焊接试板表面油污，或者/并且清除试板部分表面的氧化膜。

优选地，所述焊接试板是铝合金焊接试板，所述氧化膜是Al2O3氧化膜。

优选地，待焊铝合金试板的整个表面的氧化膜的厚度范围为30-50um。

优选地，所用搅拌头的轴肩直径9-12mm，搅拌头旋转扎入时的旋转速度介于600-1500rpm；搅拌头扎入后距试板下表面0.1-0.18mm，；并且预定停留时间为3s。

优选地，搅拌摩擦焊焊接时的工艺参数为：搅拌头旋转速度为600-1500rpm，搅拌头前进速度为60-150mm/min，搅拌头相对于待焊焊接试板的上表面的倾角为2.5-3.5°。

优选地，在搅拌头行进过程中保证前进速度和旋转速度为1：10。

优选地，在预处理步骤中，清除了试板部分下表面和侧面的氧化膜。

优选地，清除了试板部分上表面和下表面的氧化膜。

优选地，清除了试板部分上表面和侧面的氧化膜。

本发明的有益成果包括：本发明提供了一种能够获取典型搅拌摩擦焊弱连接缺陷的搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法，其能够解决现有搅拌摩擦焊焊接接头弱连接缺陷有效检测及评估的定量和定性等问题。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明具体实施例的搅拌摩擦焊接头弱连接缺陷制备方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明实施例的铝合金阳极化处理Al₂O₃氧化膜金相照片。

图3示意性地示出了根据本发明第一实施例制备的近表面Al₂O₃氧化膜阵列缺陷宏观金相照片。

图4示意性地示出了根据本发明第二实施例制备的焊核区“S”形弱连接缺陷宏观金相照片。