[发明专利]一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法，属于搅拌摩擦焊接技术。

背景技术

纯铜是一种非常重要的有色金属，具有良好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性及耐腐蚀性，在工业中被广泛用于制造电工器件、电线电缆、热交換器等零件。目前纯铜的连接主要采用氩弧焊、压焊和钎焊方法，但是焊接质量不是十分理想。归纳原因主要有以下几个方面：一、导热系数大。焊接时的热量迅速扩散，使母材和填充金属难于熔合；二、线膨胀系数大，产生大的焊接应力，易产生变形；三、焊缝及近缝区易产生热裂纹和气孔。因此，为提高纯铜件的焊接质量，有必要开展新型焊接工艺的研究。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding, FSW)是英国焊接研究所(TWI)在1991年发明的一项新型固相连接技术。与传统的熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有接头晶粒细小，无气孔，良好的疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能，焊接过程无粉尘、无飞溅 、节能、无需焊丝、不需要保护气体、焊接后残余应力和变形小等优点，非常适合纯铜的焊接。目前关于纯铜的搅拌摩擦焊研究有很多，由于纯铜的熔点较高，且优良的导热性，为保证接头区域充分加热以实现冶金结合，大多数研究主要在高热输入的基础上进行的，即高的旋转速度和低的焊接速度。但是由于过高的热量输入相应的增大了焊后冷却速度，导致接头表面氧化严重和接头晶粒粗大，拉伸试验结果显示试样易在热影响区或搅拌区处断裂，接头综合力学性能仍有待提高。因此迫切需要一种改进的搅拌摩擦焊工艺来改善焊接热循环以提高纯铜焊接接头的力学性能。

发明内容

目的：为了解决上述问题，本发明提供一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法，从而改善焊接热循环和提高纯铜焊接接头的力学性能。

本发明是通过下述技术方案实现：

一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法,其特征在于，在搅拌摩擦焊接过程中，采用冷却设备对工件进行持续冷却直至完成焊接，具体步骤如下：

步骤1：在焊接之前，将试件表面打磨并固定在夹持装置上，并把快速冷却装置的喷管置于搅拌头正后方；在试件下面放置钢制冷却垫板，垫板背面设置有沟槽，用于放置K型热电偶，热电偶的温度测量触点夹在试件对接处以测量焊缝中心的温度变化。

步骤2：设置搅拌头的转速和焊接速度，采用对接方式对试件进行搅拌摩擦焊，采用支架把冷却装置固定在焊机主轴上，在搅拌摩擦焊接过程中，冷却装置于搅拌头的相对位置保持不变，其移动速度和焊接速度保持一致，在搅拌头旋转插入试件的同时启动冷却装置。

优选地，所述快速冷却装置采用液氮冷却。

优选地，在步骤2中设置搅拌头的转速和焊接速度的同时，设置液氮流量。

优选地，所述试件为纯铜工件。

有益效果：本发明提供一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法，通过在搅拌摩擦焊接过程中持续冷却，提高了焊缝的焊后冷却速度，拉伸测试结果表明，采用此种焊接工艺进行纯铜对接焊接时，焊接接头的热影响区消失，搅拌区内形成位错密度极高的超细晶，因此，纯铜焊接接头的力学性能显著提高。

附图说明

图1 是快速冷却FSW示意图。

图2 是传统FSW和快速冷却FSW焊缝中心的热循环曲线；

图3 是传统FSW和快速冷却FSW焊缝表面和横截面的光学照片；

图4 是传统FSW焊接接头搅拌区的金相显微照片；

图5是快速冷却FSW焊接接头搅拌区的金相显微照片；

图6 是传统FSW和快速冷却FSW焊接接头的显微硬度分布；

图7 是传统FSW和快速冷却FSW焊缝搅拌区的拉伸性能。

图中：喷管1、搅拌头2、支架3、焊机主轴4。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种纯铜的快速冷却搅拌摩擦焊接方法,其特征在于，在搅拌摩擦焊接过程中，采用冷却设备对工件进行持续冷却直至完成焊接，具体步骤如下：