[发明专利]一种高强度钢差动稳奥搅拌摩擦焊接方法和焊接接头

说明书

本发明公开了一种高强度钢差动稳奥搅拌摩擦焊接方法和焊接接头，包括对高强度进行第一次保温，采用差动搅拌摩擦焊接技术对高强钢进行焊接，再进行第二次保温，随后冷却至室温；所述的差动搅拌摩擦焊接是采用别独立旋转以同向或反向的不同轴肩和搅拌针对高强钢进行旋转搅拌摩擦焊接。与常规搅拌摩擦焊接技术相比，差动搅拌摩擦焊接技术可以改善接头组织均匀性，提高残余奥氏体含量，提升焊接接头力学性能。

技术领域

本发明属于金属塑性加工领域，具体涉及一种高强度钢差动稳奥搅拌摩擦焊接方法和焊接接头。

背景技术

汽车行业是欧美日韩等发达国家及我国国民经济的支柱产业。随着汽车工业的快速发展，环境污染和能源短缺问题日益突出。降低油耗和尾气排放成为汽车工业急需解决的突出问题。为了实现汽车轻量化，以先进高强钢替代传统低强度钢成为发展趋势。作为第三代先进高强钢代表，相变诱发塑性(Transformation-induced plasticity steel，TRIP)钢(如TRIP钢、淬火配分钢)等，在塑性变形过程中，应力诱导残余奥氏体转变为马氏体，产生TRIP效应，使得材料具有较高的应变硬化和抗冲击性能，为汽车轻量化提供了重要的材料支撑。TRIP钢在汽车制造加工过程中不可避免地面临焊接需求。因此，如何实现TRIP钢同种材料高效优质焊接成为关键技术问题。

目前TRIP钢同种材料的焊接方法主要有激光焊、电阻焊、电子束焊等。这些传统的熔化焊接方法容易产生气孔、夹杂、裂纹等凝固组织缺陷。搅拌摩擦焊接(Friction stirwelding,FSW)作为一种固相技术，热输入低，绿色环保，可以有效避免传统熔化焊接缺陷。常规FSW焊接TRIP高强钢时存在以下问题：1、温度沿水平方向梯度分布，组织均匀性差；2、轴肩和搅拌针融为一体，塑性变形和热输入大，造成残余奥氏体损失；3、焊后冷却速率高，碳元素配分困难；4、焊接扭矩和前进阻力大，能耗较多。焊缝区域容易形成脆性马氏体，抑制TRIP/TWIP效应，使得接头塑性较低，难以满足应用需求。

发明内容

为了克服上述技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种高强度钢差动稳奥搅拌摩擦焊接方法和焊接接头。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高强度钢差动稳奥搅拌摩擦焊接方法，包括对高强度钢加热进行第一次保温，接着采用轴肩和搅拌针对所述的高强度钢进行旋转搅拌摩擦焊接，然后冷却至保温温度，进行第二次保温，随后冷却至室温；

所述的轴肩和搅拌针分别独立旋转以同向或反向的不同旋转速度进行旋转搅拌摩擦焊接。

具体的，所述的轴肩和搅拌针旋转速度为200～2000rpm，旋转前进速度为30～100mm/min。

具体的，所述的轴肩直径为12～18mm，所述的搅拌针直径为3～5mm，搅拌针长1.5～2.0mm。

具体的，所述的第一次保温温度为50℃～600℃，保温时间为15～30s；

第二次保温温度为100℃～1000℃，保温10～30min。

具体的，所述的轴肩的压下力为2.0～3.5KN。

具体的，冷却时的冷却速度为30～40℃/s，冷却时间为10～20s。

具体的，采用轴肩和搅拌针对所述的高强度钢进行旋转搅拌摩擦焊接包括将轴肩和搅拌针扎入高强度钢中进行旋转搅拌摩擦焊接；

所述的搅拌针的扎入深度距离高强度钢底部为0.3～0.5mm，所述的搅拌针旋转速度为300～2000rpm；

所述的轴肩的扎入深度距离高强度钢底部为0.2～0.5mm；所述的轴肩旋转速度为200～1500rpm。

具体的，具体包括：