攪拌摩擦焊接專用攪拌頭的製作方法

2023-05-03 17:11:11

專利名稱：攪拌摩擦焊接專用攪拌頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種攪拌頭，特別是一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭。
背景技術：
異種金屬的連接是現代製造業的熱門課題。尤其是具有互補的物化特性，以鋁合 金、鎂合金為代表的比重小、導熱快的低熔點金屬與不鏽鋼等耐腐蝕性好、耐高溫氧化及強 度高的高熔點金屬的複合連接技術更是關注的焦點。鋁及鋁合金與不鏽鋼的連接結構在工 業生產和日常生活中都有著非常廣泛的應用，如航天推進器的導管結構、熱管結構、鋁合金 與不鏽鋼筒體結構、高壓鍋中不鏽鋼與鋁合金鍋底結構等。然而，無論在熱物理性能，如熔 點、熱導率、線膨脹係數等方面，還是在材料力學性能方面差異較大而導致的異質金屬連接 困難、接頭性能差一直都是研究的核心點。參照圖3，公知的攪拌頭是圓臺結構，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌麵3是平文獻「鋁合金與不鏽鋼的過渡層釺焊，呂學勤，楊尚磊，吳毅雄，石忠賢，《焊接學 報》，2004，25(1) :95-102」公開了一種鋁合金與不鏽鋼的過渡層釺焊方法，該方法採用Ni/ Cu過渡層對LF3鋁合金與0Crl8Ni9不鏽鋼進行釺焊，方法是打磨清理不鏽鋼待焊表面後， 用電刷鍍特殊鍍M液和快速鍍Cu液依次在活化後的不鏽鋼面上刷鍍Ni、Cu層，實現了 鋁合金與不鏽鋼的大面積面-面焊接，但由於有釺縫界面有大量脆性化合物生成，且較厚 的鍍層增加了鍍層的內應力和微裂紋，不利於接頭的可靠結合，只得到了剪切強度為M 35Mpa的接頭；接頭強度只均有母材的30 45% ；且對焊件待焊表面的製備和裝配要求較 高，焊接熱循環周期長，一般需要幾十分鐘到幾十小時，生產率低，製造成本較高；需要在真 空或保護氣氛下同時加熱加壓，需使用專用設備，投資大，焊件尺寸受到設備容量限制。發明內容為了克服現有鋁合金與不鏽鋼的過渡層釺焊方法形成的接頭剪切強度低的不足， 本實用新型提供一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，利用其攪拌麵的圓環凹面，摩擦產熱使金 屬材料塑性化，並利用硬質合金旋轉銼的切削作用，在短時間內清理硬金屬表面，以及強烈 的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，可以提高鋁合金與不鏽鋼接頭的剪切強度。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭， 由軸根1和軸肩2組合而成，其特點是所述軸肩2上的攪拌麵3是圓環凹面，在軸肩2的軸 芯處鑲嵌有旋轉銼4。所述旋轉銼4的材料是硬質合金。本實用新型的有益效果是由於採用專門設計攪拌頭，利用其攪拌麵的圓環凹面， 摩擦產熱使金屬材料塑性化，並利用硬質合金旋轉銼的切削作用，在短時間內清理硬金屬 表面，以及強烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與ICrlSNiOTi不鏽鋼 接頭的剪切強度由現有技術的M 35Mpa提高到75 98Mpa。[0009]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作詳細說明。
圖1是本實用新型摩擦焊接用攪拌頭結構示意圖。圖2是本實用新型方法焊接過程示意圖。圖3是背景技術摩擦焊接用攪拌頭結構示意圖。圖中，1-軸根，2-軸肩，3-攪拌麵，4-旋轉銼，5-切面，6-鋁合金，7-lCrl8Ni9Ti不 鏽鋼。
具體實施方式
以下實施例參照圖1 2。實施例1 攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌麵3是圓環 凹面，在軸肩2的軸芯鑲嵌有旋轉銼4，旋轉銼4由硬質合金材料製成。軸肩直徑Φ25πιπι， 旋轉銼直徑Φ 6mm。實施例2 :1060鋁合金與lCrl8Ni9Ti不鏽鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理1060鋁合金6和ICrlSNiOTi不鏽鋼7的待連接面，並用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油汙，保證待連接表面乾淨；將2. 7mm厚的1060鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不鏽鋼7上面形成切面5，並將其一起固定在水平工作檯上；將專用攪拌頭軸根1裝夾於攪 拌摩擦焊機上，選擇參數專用攪拌頭旋轉速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉並逐漸緩慢將旋轉銼4插入1060鋁合金6中，旋轉銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不鏽鋼7中0. 3mm ；平穩旋轉後工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接後，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經過對焊接後的1060鋁合金/ICrlSNiOTi不鏽鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為79 89Mpa。實施例3 6061鋁合金與lCrl8Ni9Ti不鏽鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理6061鋁合金6和ICrlSNiOTi不鏽鋼7的待連接面，並用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油汙，保證待連接表面乾淨；將2. 7mm厚的6061鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不鏽鋼7上面形成切面5，並將其一起固定在水平工作檯上；將專用攪拌頭軸根1裝夾於攪 拌摩擦焊機上，選擇參數專用攪拌頭旋轉速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉並逐漸緩慢將旋轉銼4插入6061鋁合金6中，旋轉銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不鏽鋼7中0. 3mm ；平穩旋轉後工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接後，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經過對焊接後的6061鋁合金/ICrlSNiOTi不鏽鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為89 97Mpa。實施例4 2024鋁合金與lCrl8Ni9Ti不鏽鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理20M鋁合金6和ICrlSNiOTi不鏽鋼7的待連接面，並用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油汙，保證待連接表面乾淨；將2. 7mm厚的20M鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti4不鏽鋼7上面形成切面5，並將其一起固定在水平工作檯上；將專用攪拌頭軸根1裝夾於攪 拌摩擦焊機上，選擇參數專用攪拌頭旋轉速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉並逐漸緩慢將旋轉銼4插入20M鋁合金6中，旋轉銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不鏽鋼7中0. 3mm ；平穩旋轉後工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。 連接後，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經過對焊接後的20M鋁合金/ICrlSNiOTi不鏽鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為87 98Mpa。
權利要求1.一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，由軸根(1)和軸肩( 組合而成，其特徵在於所述 軸肩( 上的攪拌麵C3)是圓環凹面，在軸肩( 的軸芯處鑲嵌有旋轉銼G)。
2.根據權利要求1所述的專用攪拌頭，其特徵在於所述旋轉銼的材料是硬質合金。
專利摘要本實用新型公開了一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，用於解決現有的鋁合金與不鏽鋼的過渡層釺焊方法形成的接頭剪切強度低的技術問題。技術方案是攪拌頭由軸根(1)和軸肩(2)組合而成，所述軸肩(2)上的攪拌麵(3)是圓環凹面，在軸肩(2)的軸芯處鑲嵌有旋轉銼(4)。採用專用攪拌頭，利用其攪拌麵的圓環凹面，摩擦產熱使金屬材料塑性化，並利用硬質合金旋轉銼的切削作用，在短時間內清理硬金屬表面，以及強烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與1Cr18Ni9Ti不鏽鋼接頭的剪切強度由現有技術的24～35MPa提高到75～98MPa。
文檔編號B23K20/12GK201833113SQ201020572158
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者張賦升, 李京龍, 熊江濤, 魏豔妮 申請人:西北工業大學