[发明专利]一种基于搅拌摩擦焊的铝基复合材料管的制备方法

说明书

本发明公开一种基于搅拌摩擦焊的铝基复合材料管的制备方法，采用含有碳纳米管的铝基复合材料板作为原材料，包括如下步骤：(1)：将含有碳纳米管的铝基复合材料板弯曲成管；(2)：对管内进行搅拌摩擦焊接，焊接时碳纳米管在搅拌摩擦焊的作用下生成纳米Al₄C₃相；(3)：对管内进行焊接的同时，对管外进行错位搅拌摩擦焊接，焊接时碳纳米管在搅拌摩擦焊的作用下生成纳米Al₄C₃相，得到纳米Al₄C₃增强的铝基复合材料管。本发明的方法，在制备过程中，由于搅拌摩擦焊的作用，碳纳米管破坏，与铝基体生成纳米棒状的Al₄C₃相，避免了大尺寸Al₄C₃相的生成，使得铝基复合材料管代替铝合金管，提高了管的综合性能。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种基于搅拌摩擦焊的铝基复合材料管的制备方法。

背景技术

铝合金管主要用于航空、航天、能源和电力领域，现有的铝合金管大多采用电弧焊接形成。相比于铝合金，铝基复合材料具有密度低，比强度高，耐磨耐热等优点。

但是，常见的纳米级增强的铝基复合材料焊接性差，尤其是对于Al₄C₃增强相铝基复合材料，碳纳米管会在熔融基体中上浮并在范德瓦尔兹力的作用下团聚从而萌生裂纹，并与基体反应生成大量脆硬的大尺寸Al₄C₃相，这种硬脆相对于复合材料性能有很大的负面影响。大尺寸Al₄C₃相的存在也阻碍了铝基复合材料的应用，不能制备铝基复合材料管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于搅拌摩擦焊的铝基复合材料管的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于搅拌摩擦焊的铝基复合材料管的制备方法，采用含有碳纳米管的铝基复合材料板作为原材料，所述，具体包括如下步骤：

步骤(1)：将含有碳纳米管的铝基复合材料板弯曲成管；

步骤(2)：对管内进行搅拌摩擦焊接，焊接时碳纳米管在搅拌摩擦焊的作用下生成纳米Al₄C₃相；

步骤(3)：在步骤(2)对管内进行搅拌摩擦焊接的同时，对管外进行搅拌摩擦焊接，对管外进行搅拌摩擦焊接的搅拌头迟于对管内进行搅拌摩擦焊接20-100mm，焊接时碳纳米管在搅拌摩擦焊的作用下生成纳米Al₄C₃相，得到纳米Al₄C₃增强的铝基复合材料管。

优选的，所述碳纳米管的长度小于40μm，直径小于40nm。

优选的，步骤(2)和(3)在搅拌摩擦焊时对焊缝进行跟踪和焊接信息进行采集，并根据跟踪信息实时调整搅拌摩擦焊的工艺参数。

优选的，搅拌摩擦焊时对焊缝进行跟踪具体为：采用激光跟踪系统对焊缝进行实时跟踪监测，处理监测数据，得出焊缝信息，然后根据焊缝信息对搅拌摩擦焊的压下量、进给速度和旋转速度进行调整。

优选的，在搅拌摩擦焊时对焊接信息进行采集具体为：搅拌摩擦焊的搅拌头上设有图像采集系统，采用图像采集系统对焊缝图像进行采集，并根据图像采集到的信息对搅拌摩擦焊的压下量、进给速度和旋转速度进行调整。

优选的，步骤(2)和(3)在搅拌摩擦焊时采用应力检测设备实时检测焊接时焊缝及其周边的应力，通过采集的应力值，对管内、外的搅拌摩擦焊搅拌头的距离和搅拌摩擦焊的焊接参数进行调整。本发明还提供一种铝基复合材料管的焊接系统，包括管内搅拌摩擦焊机构，管外搅拌摩擦焊机构，激光跟踪子系统，图像采集子系统，应力实时检测子系统和控制系统；