[发明专利]一种消除镁锂合金搅拌摩擦焊焊缝表面起皮缺陷的方法

说明书

一种消除镁锂合金搅拌摩擦焊焊缝表面起皮缺陷的方法，属于搅拌摩擦焊接领域。该方法包括搅拌头定位、搅拌头旋转下压、保压、焊接过程，在保压和焊接过程中，增加热力平衡维持过程，具体为：根据参考件镁锂合金搅拌摩擦焊焊缝表面起皮缺陷的距离，确定镁锂合金搅拌摩擦焊起始阶段焊缝表层金属能够稳定脱离轴肩边缘的最短时间，从而确定热力平衡维持时间。该方法解决现有FSW技术在镁锂合金FSW中起始端极易出现的起皮缺陷，严重影响焊缝美观、接头性能及质量的问题，对于提高镁锂合金FSW接头的质量与性能，推进镁锂合金FSW的工业化应用具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及镁锂合金搅拌摩擦焊接技术领域，特别涉及一种消除镁锂合金搅拌摩擦焊焊缝表面起皮缺陷的方法。

背景技术

镁锂合金是目前可以工程化应用的最轻的金属结构材料，且具有良好的导热、导电、延展性，被广泛应用于航空航天、国防军工等领域，而焊接技术作为一种重要的加工成形工艺，将在镁锂合金的工程化应用过程中，发挥不可替代的关键作用。

搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，简称FSW)作为一种固相连接技术，可以避免熔化焊中出现的气孔、夹渣等冶金缺陷，已被广泛应用于AZ系列、ZK系列等镁合金的焊接领域，并取得了理想的焊接效果。然而采用FSW技术进行镁锂合金的焊接时，由于该系列镁合金中含有高活性的锂元素，导致镁锂合金于常规镁合金(AZ系列、ZK系列等)相比，其密度更小、熔点更低、热导率更低且粘度系数更大，因此，镁锂合金FSW的难度要明显高于常规镁合金，其焊接的工艺窗口非常窄小。

在FSW过程中，搅拌工具在旋转、下压(轴肩下压量一般为0.1～0.3mm)以及保压一定时间(通常在5～20s左右)后，便以一定的速度在待焊材料中行进，在焊接的过程中，通过旋转的搅拌头与工件之间产生的摩擦热，使搅拌头前方的材料发生强烈塑性变形，然后随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的后方，从而形成表面具有鲜明鱼鳞纹形状特征的焊缝。可见，对于常规镁合金的FSW技术而言，影响接头成形的最主要焊接参数为转速、行进速度(焊接速度)以及下压量，因此在进行工艺参数优化时，主要集中于以上三个方面。但是，对于镁锂合金进行FSW时，发现旋转速度对其焊缝工艺的影响最为敏感，高的旋转速度更易于获得高质量的焊接接头。

然而，需要指出的是，经过旋转速度、行进速度以及下压量等参数的优化匹配后，虽然可以实现镁锂合金的FSW，但是由于镁锂合金具有低熔点、低热导率及高粘度系数的特性，因此保压过后，较低的热导率会使轴肩与焊缝表层金属摩擦产生的热量来不及散发，极易导致表层温度达到、甚至超过镁锂合金的熔点，而因镁锂合金的粘度系数较高，所以致使表层处于熔化或熔融状态的金属很难脱离轴肩边缘，于是表层金属呈皮状分布于焊缝起始段的表面，导致镁锂合金在FSW的初始阶段极易形成明显的起皮缺陷。

综上可见，镁锂合金低熔点、低热导率及高粘度系数的特征，导致其在FSW起始端，在焊缝表面形成起皮缺陷，严重影响焊缝表面的美观以及接头的质量，减少焊缝的有效长度，从而影响其工程化应用。换言之，轴肩与焊缝表层金属在焊接的初始阶段，如果能够达到热力平衡，就能消除起始阶段的起皮缺陷。也就是说控制起始阶段轴肩与镁锂合金焊缝表层金属之间的热力平衡，是潜在的解决上述问题的有效方式。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种消除镁锂合金搅拌摩擦焊焊缝表面起皮缺陷的方法，该方法解决现有FSW技术在镁锂合金FSW中起始端极易出现的起皮缺陷，严重影响焊缝美观、接头性能及质量的问题，能够消除镁锂合金搅拌摩擦焊接起始端极易出现的起皮缺陷，获得了成形美观的镁锂合金FSW接头，对于提高镁锂合金FSW接头的质量与性能，推进镁锂合金FSW的工业化应用具有重要的意义。

本发明的技术方案如下：