[发明专利]一种搅拌摩擦加工预防铝合金搭接焊晶界液化裂纹的方法

说明书

一种搅拌摩擦加工预防铝合金搭接焊晶界液化裂纹的方法，在采用熔焊对铝合金厚板搭接焊之前，对参与焊缝形成的厚板端面进行搅拌摩擦加工预处理，预处理部位由于受到摩擦热和剧烈塑性变形作用，原纤维状晶粒发生完全动态再结晶，形成细小的等轴晶，晶界处的低熔点共晶相弥散分布，提高该部位抗晶界液化开裂的能力。搅拌摩擦加工头主要由夹持柄、轴肩和搅拌针三部分组成。搅拌头材料为：马氏体不锈钢、或工具钢。搅拌摩擦加工参数为搅拌头转数为500‑2000r/min，行进速度为20‑100mm/min，搅拌针倾斜角度为0‑5°。分别按顺序对板材厚度方向的四个加工面进行搅拌摩擦处理，即获得抗裂性良好的搭接焊接板材。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，涉及一种搅拌摩擦加工预防铝合金搭接焊晶界液化裂纹的方法。

背景技术

由于铝合金的密度低、强度高、塑性好、抗蚀性和易成型等优点在航空航天、交通工具、机械制造等领域获得广泛应用。特别是近年来，高速列车、汽车的轻量环保化概念的提出，各种轻量化的铝合金焊接结构件得到广泛使用。但铝合金熔焊易出现气孔、裂纹和变形等缺陷。目前针对薄厚度铝合金的搅拌摩擦焊接工艺比较成熟，避免了熔焊的常见缺陷。但厚板铝合金的搅拌摩擦焊接还处于工程试验阶段，很多情况下厚板铝合金依然试验传统的熔焊方法(如MIG焊)，可见厚板铝合金熔焊的裂纹缺陷当前铝合金焊接构件中值得重视的安全隐患。

热裂纹是铝合金熔焊过程中非常常见的裂纹类型，热裂纹又分为结晶裂纹和液化裂纹，结晶裂纹一般发生在焊缝区，而液化裂纹易出现在近焊缝热影响区。厚板铝合金在熔焊时易出现液化裂纹，这是由于制备铝合金厚板一般采用由轧制成型工艺，所以铝合金厚板的晶粒从轧向或横向观察均是拉长的纤维状晶粒，并且在晶界上分布由于前序热处理的原因存在的低熔点共晶相，对中高强铝合金厚板进行焊接时，近缝热影响区特定位置的晶界发生低熔点共晶物熔化现象，即所谓的“晶界液化”。在焊缝金属凝固的后期，凝固收缩产生的焊接应力增大到一定程度时，就会在晶界液化处形成晶界液化裂纹。而纤维状沿轧向拉长排列的晶粒特征抑制晶界液化裂纹扩展的能力较弱，裂纹极易在晶粒拉长方向沿晶扩展。

现有针对焊接接头消除缺陷方法主要有焊前热处理和焊后热处理等。中国专利200780043508.8中公开了用于热处理焊缝的方法和装置，主要是通过感应加热对接头焊后热处理来降低焊接裂纹出现的概率；中国专利201210421407.2本发明公开了一种铝合金厚板焊接的方法，主要通过清洗工艺、预热工艺、焊接工艺来降低焊接变形，提高产品质量。但上述的方法工艺繁琐，降低生产效率。

搅拌摩擦加工技术(FSP)是一种用于材料微观组织改性和制造的方法。其原理主要是利用搅拌头使加工区材料的剧烈塑性变形、混合和破碎，实现加工区域的致密化、均匀化和细化。特别是采用搅拌摩擦加工制备的超细晶铝合金，其强度、塑性和材料延展性都得到很大提高。通过搅拌摩擦方式对材料微观组织进行改性，并通过材料加工区的剧烈塑性变形、混合、破碎及热暴露，可实现材料加工区微观结构的致密化、均匀化和细化。因此，本发明对铝合金搭接接头进行预处理，使其组织晶粒细小，并且消除晶粒的方向性，降低接头出现裂纹的概率，提高生产效率。

发明内容

本发明提供了一种搅拌摩擦加工预防铝合金搭接焊晶界液化裂纹的方法。使得搅拌区发生了完全动态再结晶，形成细小的等轴晶，提高该部位抗焊接开裂能力。

本发明采用的技术方案如下：

一种搅拌摩擦加工预防铝合金搭接焊晶界液化裂纹的方法，包括如下步骤：

步骤一：选取待处理的板材，并对引入板、引出板和待处理板材进行装夹固定于搅拌摩擦加工机床上；由于在搅拌摩擦加工过程中板材会发生相应的振动，采用多个夹持装置对其进行装卡，装卡过程中要做好该位置的保护工作，防止对板材装卡部位造成擦伤或者破坏。

步骤二：采用机械方法，对板材搅拌摩擦加工的位置进行打磨处理，露出金属光泽；对板材搅拌摩擦加工位置，进行打磨。防止在搅拌摩擦加工过程中将板材表面的油污，氧化物等带入板材中。