[发明专利]一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊方法

说明书

本发明公开了一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊方法，以解决铝/钢、铝/铜、镁/铜等异种金属对接搅拌摩擦焊过程中易出现的搅拌头磨损、材料粘头导致焊缝成形差、焊缝内部金属间化合物以及焊缝内部缺陷的问题。方法：一、预加工待焊的两个母材，将焊接区域的厚度进行差异化处理，形成错配型接头；二、先利用超声清洗预处理待焊母材，再用丙酮擦拭母材表面；三、装夹定位两个待焊母材；四、将大尺寸轴肩的搅拌头向低熔点母材侧偏移，少量扎入高熔点母材，并进行一次焊接；五、更换小尺寸搅拌头，并将其进一步向低熔点母材侧偏移，进行二次修复焊接，从而形成异种材料之间的优质连接。本发明用于铝/钢、铝/铜、镁/铜等异种金属对接搅拌摩擦焊。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊领域，具体涉及一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊方法。

背景技术

随着航空航天、汽车船舶等结构制造领域的不断发展变革，对于结构的设计要求越来越高。异种材料连接结构可以发挥两种材料综合的优异性能，满足不同工况对于材料的要求，因此日益受到相关行业的广泛重视。然而由于异种材料物理和化学性能的巨大差异导致其焊接性很差，传统焊接方法难以实现异种材料的优质焊接。搅拌摩擦焊技术作为一种新型固相连接技术，与传统焊接方法相比在异种材料连接中具有巨大的优势。

但在铝/钢、铝/铜以及镁/铜等存在高熔点母材的异种材料搅拌摩擦焊中，仍存在一些亟需解决的问题，主要有：焊具的磨损、焊接材料粘头导致焊缝表面成形差、接头内部易出现孔洞缺陷以及硬脆的金属间化合物等。目前，这类异种材料对接搅拌摩擦焊主要采用搅拌针偏向低熔点母材的方式进行，但搅拌头依然与高熔点母材直接接触，因此磨损非常严重。同时由于异种材料混合作用发生粘头而导致搅拌头形状尺寸发生变化，接头表面难以成形。虽然已有钨基合金、聚晶立方氮化硼和金属陶瓷等材料制成的搅拌头用于解决这类异种材料搅拌摩擦焊过程中搅拌头的磨损问题，但是其普遍存在韧性差、加工困难以及成本高等缺点，普适性较低。

发明内容

本发明提供了一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊方法，目的是解决铝/钢、铝/铜、镁/铜等异种金属对接搅拌摩擦焊过程中易出现的搅拌头磨损、材料粘头导致焊缝成形差、焊缝内部金属间化合物以及焊缝内部缺陷的问题。

本发明的一种异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊接方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、焊前预加工：在焊接之前通过机械铣削的方法，将所需焊接的第一母材和第二母材进行焊前加工，第一母材靠近对接处的上端面铣出台阶，台阶的深度d为0.3mm～0.5mm，台阶的宽度a为4mm～14mm，同时对接面加工成与竖直方向呈右夹角β1的右斜面，第二母材的对接面加工成与竖直方向呈左夹角β2的左斜面；

步骤二、清洗母材：铣削加工后，先使用超声清洗第一母材和第二母材，去除铣削碎屑，再采用丙酮擦拭第一母材和第二母材表面，去除油污及杂物；

步骤三、装夹定位：装夹时将第一母材置于前进侧，第二母材置于后退侧，右斜面与左斜面保持紧密接触；

步骤四、利用大尺寸轴肩的第一搅拌头进行一次焊接：第一搅拌头向低熔点的第二母材一侧偏移，保证第一搅拌针在第一母材中的第一扎入量t1为0.1mm～0.3mm，第一轴肩的第一压入量c1为0.1mm～0.2mm，之后第一搅拌头沿焊接方向行进，对第一母材与第二母材进行一次搅拌摩擦焊接；

步骤五、更换小尺寸搅拌头，利用小尺寸轴肩的第二搅拌头进行二次修复次焊接：第二搅拌头向低熔点的第二母材一侧偏移，保证第二搅拌针在第一母材中的第二扎入量t2为-1mm～0mm，第二轴肩的第二压入量c2为0.2mm～0.3mm，之后第二搅拌头沿焊接方向行进，对第一母材与第二母材进行二次搅拌摩擦焊接，至此，完成异种材料错配处理双道搅拌摩擦焊接。

本发明的优点在于：