[发明专利]一种降低超长薄板搅拌摩擦焊接变形的方法

说明书

一种降低铝合金超长薄板搅拌摩擦焊焊接变形方法，其特征是在对接缝隙中夹放一辅助焊接材料，该辅助焊接材料由亚稳态粉末和铝箔片组成，亚稳态粉末由铝粉、锡粉和硬脂酸镁混合而成，用丙酮稀释成为覆膜浆体，涂抹在铝箔片上，依据缝隙大小对应叠加铝箔加粉层数。使用板材夹具预夹紧，弥补缝隙空洞缺陷，通过搅拌摩擦焊焊接将两薄板焊接，改善了焊接接头的表面形貌，提高了焊接质量，增强了薄板接头抗拉强度，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，尤其是一种4米以上超长薄板的搅拌摩擦焊接技术，具体地说是一种降低超长薄板搅拌摩擦焊接变形的方法。

背景技术

铝合金具有较好的强度、耐腐蚀性能好、加工性能好、质地轻且柔软等优势，目前已经大规模使用于航空航天、轨道交通等领域。

目前，铝合金焊接主要采用氩弧焊焊接方法，其成本高，绿色性差，氩气电离势较高，引弧困难，需要采用高频引弧以及稳弧装置。焊接后的焊缝不平整，晶粒粗大。现阶段，节能减排和绿色环保的标准进行新一轮提高，传统的焊接技术已经不能满足于绿色标准化制造要求，搅拌摩擦焊作为新兴焊接技术，其焊接过程不需要熔化金属，能一次完成较长焊缝、较大截面的焊接，不会产生弧光、烟雾等污染的优点完全好于传统焊接。

航空航天领域广泛使用搅拌摩擦焊焊接长尺寸铝合金贮箱，轨道交通领域使用搅拌摩擦焊焊接长尺寸车厢箱体。一般在焊接这些超长且较薄的铝合金板材时，大多使用定制化夹具进行装夹紧固，通常预紧力较大，使两铝合金板材能够边对边贴紧，以此防止在焊接过程中板材错动影响焊接质量。但是一方面由于超长薄板受到夹具夹紧，内部会有比较大的应力，在焊接完成过后撤去夹具时会有很大的残余应力，会影响板材的抗拉强度。另一方面，超长薄板在夹紧时由于尺寸长，对接尺寸精度要求一致性差。同时由于板材是长尺寸的板材，夹具的力会在缝隙方向上随距离的增加而分散，这就导致了夹紧不足，缝隙增加。一般情况下，设计人员会进行夹具设计来提高夹紧的精度，对工艺上的要求大大增加的同时，对于长尺寸板材的夹紧精度还是很难保证。

为了解决这一问题，专利号为CN106735860B的专利中提出在对接焊接中使用Mg粉和Al粉机械混合的粉末进行缝隙填补，弥补因对接精度的不足带来的焊接质量影响。但是这样的方式存在缺陷，首先是使用粉末填充焊接缝隙，当焊接表层时，机械混合后的粉末芯层在搅拌摩擦焊时会出现“团聚”现象,产生空洞缺陷，造成焊接质量的下降。其次是使用粉末填充焊接缝隙，粉末填充定位效果差，即便使用滚压的方法，也会在焊接微小振动下产生分散，会产生内部空洞缺陷。同时，粉末状填充材料会出现在对接缝隙填充率较低的问题，在长尺寸焊接中更难达到填充率的标准。其次在专利号为CN111299803A的专利中提出泡沫铝合金三明治板搭接拼焊方法，在两待焊接泡沫铝中间加入发泡粉末混合体，这种方法使得粉末均匀不分散，但是发泡剂本身会携带气孔，两板材放置也会存在空隙，气孔难以排出，使用搅拌摩擦焊后，会在焊接接头内部留下空洞缺陷，同时在工艺要求上该方法大多适用搭建焊接，对接焊接形式不太适用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的长薄板搅拌摩擦焊接过程中易出现变形及克服变形操作复杂，产生空洞缺陷的问题，发明一种降低超长薄板搅拌摩擦焊焊接变形的方法。

本发明的技术方案是：

一种降低超长薄板搅拌摩擦焊焊接变形的方法，其特征是使用覆粉(铝粉与锡粉的混合体)铝箔作为焊板对接中间层的焊接方法，能够有效地解决长尺寸薄板夹紧易变形以及焊接质量在线性焊缝上参差不齐的问题，不仅降低了对板材尺寸精度一致性要求，改善了工艺，也降低了板材因夹紧引起的残余应力，提高了板材的抗拉强度。这种方式，比全粉末形式简单方便。全粉末方式在焊之前要有刮粉过程。而如果只单纯几层铝箔，其调整间隙能力有限。本发明使用几层涂粉覆盖在铝箔上的方式，定位放置也相对简单，能极大降低焊接过程中的横向夹紧力(即垂直于接口方向)，也能降低因横向夹紧力导致的残余应力，从而提高接口疲劳强度，同时，由于粉末涂抹技术具有柔性化的优势，可以在夹紧力的作用下，自动调整，实现完全填充缝隙。