[发明专利]金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术，具体涉及一种金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

异种金属复合板作为一种在物理性能、力学性能以及连接性能等方面具有较大灵活性的材料，其应用领域十分宽广，但是在应用异种金属复合板成型时，其焊接方法会受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接复合板时，热输入的不均会导致一定的变形，同时会使得复合板结合面形成较大的金属间化合物过渡层，从而影响异种金属复合板的使用性能。

搅拌摩擦焊接方法是一种固态塑化连接技术，自问世以来，搅拌摩擦焊在低熔点金属，尤其是铝合金的焊接领域获得广泛的应用。与其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊接技术有下列特点：不产生熔化焊接缺陷、焊接变形小、操作简单、适用于多种材料和接头形式。搅拌摩擦焊具有许多熔化焊接方法无可比拟的优势，特别是它在焊接过程中焊缝金属不熔化即可形成焊缝，其特定的金属塑化温度小于一般金属的熔点，甚至小于一般的金属间化合物形成温度，能够很好的控制焊缝热影响区以及金属间化合物的形成。现在，很少采用搅拌摩擦焊加工异种金属复合板。

中国专利（103600167A）公开了一种碳素钢与不锈钢复合板的焊接方法。该焊接方法即为利用搅拌摩擦焊对复合板进行焊接，但是为了控制过渡层，在焊前需要对接头进行处理，需要将两复合板对接边的端面上加工出等腰三角形的坡口，对齐后对坡口内进行填丝，然后进行搅拌摩擦焊。该发明的目的在于控制复合板过渡区的混合问题，但是在实际焊接过程中，由于搅拌针的力的作用，很难保证坡口内的预填焊丝不发生相对移动，所以其可控性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌摩擦焊接方法，通过控制复合板基板与复板的塑化金属流动行为，实现结合面的层流流动状态，减少焊接接头中复合板基板与复板之间的不同金属原子间相互扩散形成脆性相，实现复合板直接搅拌摩擦焊接成型，有效的解决了复合板上下结合面异种材料大量混合脆化甚至开裂等难题，解决复合板焊接过渡区金属的混合问题，使得复合板焊接接头满足长期使用要求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌摩擦焊接方法，方法步骤如下：

步骤1、清理金属复合板表面，并将其固定在工作台上；

步骤2、调节金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌头的位置，使金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌头的搅拌针与上述金属复合板的焊缝对齐；

步骤3、设置焊接参数，进行焊接；

步骤4、焊接完成后，抬起金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌头，将焊接后的金属复合板移走。

上述金属复合板对接结合面过渡层可控的搅拌头为单轴肩搅拌头或双轴肩搅拌头。

上述单轴肩搅拌头，包括

被配置用于固定在搅拌摩擦焊机主轴的夹持端；

与夹持端底部固连的轴肩；

与轴肩底部固连的搅拌针；

其中，所述搅拌针上设有至少一个环形凸起。

上述搅拌针上设有至少两个环形凸起，所述两个环形凸起间隔设置。

上述环形凸起与搅拌针的连接处为圆弧过渡。

上述轴肩与距离轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型；上述环形凸起位于金属复合板结合面处。

上述双轴肩搅拌头包括

被配置用于固定在搅拌摩擦焊机主轴的夹持端；

与夹持端底部固连的上轴肩；

与上轴肩底部固连的搅拌针；

与搅拌针底部固连的下轴肩；

其中，所述搅拌针上设有至少一个环形凸起。

上述搅拌针上设有至少两个环形凸起，所述两个环形凸起间隔设置。

上述环形凸起与搅拌针的连接处为圆弧过渡。

上述上轴肩与距离上轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自上轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型；上述下轴肩与距离下轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自下轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型；上述环形凸起位于金属复合板结合面处。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）能够控制焊接过程中塑性金属的流动行为，控制焊接接头中的异种金属混合比；（2）属于固相焊接技术，未到达被焊金属熔点的焊接温度可以控制焊接接头中脆性相的生成；（3）特殊的传热模式，可以有效的控制温度梯度大的异种金属双层金属复合板的焊接；（4）本发明可行性强、易操作。

附图说明