CN101972891A - 铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法及专用搅拌头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法及专用搅拌头，用于解决现有的铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法形成的接头剪切强度低的技术问题。技术方案是采用专用搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，使铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接头的剪切强度由现有技术的24～35MPa提高到75～98MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法，特别是铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。还涉及这种搅拌摩擦焊接方法专用搅拌头。
背景技术
异种金属的连接是现代制造业的热门课题。尤其是具有互补的物化特性，以铝合金、镁合金为代表的比重小、导热快的低熔点金属与不锈钢等耐腐蚀性好、耐高温氧化及强度高的高熔点金属的复合连接技术更是关注的焦点。铝及铝合金与不锈钢的连接结构在工业生产和日常生活中都有着非常广泛的应用，如航天推进器的导管结构、热管结构、铝合金与不锈钢筒体结构、高压锅中不锈钢与铝合金锅底结构等。然而，无论在热物理性能，如熔点、热导率、线膨胀系数等方面，还是在材料力学性能方面差异较大而导致的异质金属连接困难、接头性能差一直都是研究的核心点。
参照图3，公知的搅拌头是圆台结构，由轴根1和轴肩2组合而成，搅拌面3是平面。
文献“铝合金与不锈钢的过渡层钎焊，吕学勤，杨尚磊，吴毅雄，石忠贤，《焊接学报》，2004，25(1)：95-102”公开了一种铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法，该方法采用Ni/Cu过渡层对LF3铝合金与0Cr18Ni9不锈钢进行钎焊，方法是打磨清理不锈钢待焊表面后，用电刷镀特殊镀Ni液和快速镀Cu液依次在活化后的不锈钢面上刷镀Ni、Cu层，实现了铝合金与不锈钢的大面积面-面焊接，但由于有钎缝界面有大量脆性化合物生成，且较厚的镀层增加了镀层的内应力和微裂纹，不利于接头的可靠结合，只得到了剪切强度为24～35Mpa的接头；接头强度只均有母材的30～45％；且对焊件待焊表面的制备和装配要求较高，焊接热循环周期长，一般需要几十分钟到几十小时，生产率低，制造成本较高；需要在真空或保护气氛下同时加热加压，需使用专用设备，投资大，焊件尺寸受到设备容量限制。
发明内容
为了克服现有铝合金与不锈钢的过渡层钎焊方法形成的接头剪切强度低的不足，本发明提供一种铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。采用专用搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，可以提高铝合金与不锈钢接头的剪切强度。
本发明还提供搅拌摩擦焊接专用搅拌头。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根1和轴肩2组合而成，其特点是所述轴肩2上的搅拌面3是圆环凹面，在轴肩2的轴芯处镶嵌有旋转锉4。
所述旋转锉4的材料是硬质合金。
一种采用上述专用搅拌头的铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：
打磨清理铝合金6和1Cr18Ni9Ti不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波清洗；将铝合金6水平放在1Cr18Ni9Ti不锈钢7上面，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅拌摩擦焊机上，选择参数：专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60～300mm/min；开机，专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表面有0.5mm的下压量时，旋转锉4底部进入不锈钢板7中0.3mm；平稳旋转后工作台水平匀速移动，形成焊缝。
本发明的有益效果是：由于采用专门设计搅拌头，利用其搅拌面的圆环凹面，摩擦产热使金属材料塑性化，并利用硬质合金旋转锉的切削作用，在短时间内清理硬金属表面，以及强烈的塑性变形使两种金属界面接触面积增大，使铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接头的剪切强度由现有技术的24～35Mpa提高到75～98Mpa。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明摩擦焊接用搅拌头结构示意图。
图2是本发明方法焊接过程示意图。
图3是背景技术摩擦焊接用搅拌头结构示意图。
图中，1-轴根，2-轴肩，3-搅拌面，4-旋转锉，5-切面，6-铝合金，7-1Cr18Ni9Ti不锈钢。
具体实施方式
以下实施例参照图1～2。
实施例1：搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根1和轴肩2组合而成，搅拌面3是圆环凹面，在轴肩2的轴芯镶嵌有旋转锉4，旋转锉4由硬质合金材料制成。轴肩直径Φ25mm，旋转锉直径Φ6mm。
实施例2：1060铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。
打磨清理1060铝合金6和1Cr18Ni9Ti不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2.7mm厚的1060铝合金6水平放在1Cr18Ni9Ti不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅拌摩擦焊机上，选择参数：专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60～300mm/min。开机，专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入1060铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表面有0.5mm的下压量时，旋转锉4底部进入1Cr18Ni9Ti不锈钢7中0.3mm；平稳旋转后工作台水平匀速移动，形成焊缝。
连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞；经过对焊接后的1060铝合金/1Cr18Ni9Ti不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强度为79～89Mpa。
实施例3：6061铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。
打磨清理6061铝合金6和1Cr18Ni9Ti不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2.7mm厚的6061铝合金6水平放在1Cr18Ni9Ti不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅拌摩擦焊机上，选择参数：专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60～300mm/min。开机，专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入6061铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表面有0.5mm的下压量时，旋转锉4底部进入1Cr18Ni9Ti不锈钢7中0.3mm；平稳旋转后工作台水平匀速移动，形成焊缝。
连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞；经过对焊接后的6061铝合金/1Cr18Ni9Ti不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强度为89～97Mpa。
实施例4：2024铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法。
打磨清理2024铝合金6和1Cr18Ni9Ti不锈钢7的待连接面，并用丙酮进行超声波清洗，以去除油污，保证待连接表面干净；将2.7mm厚的2024铝合金6水平放在1Cr18Ni9Ti不锈钢7上面形成切面5，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根1装夹于搅拌摩擦焊机上，选择参数：专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60～300mm/min。开机，专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉4插入2024铝合金6中，旋转锉4的长度设计为当表面有0.5mm的下压量时，旋转锉4底部进入1Cr18Ni9Ti不锈钢7中0.3mm；平稳旋转后工作台水平匀速移动，形成焊缝。
连接后，利用扫描电镜对接头组织形貌进行观察，界面上不存在任何缺陷与空洞；经过对焊接后的2024铝合金/1Cr18Ni9Ti不锈钢接头用拉剪方式进行强度测试，其剪切强度为87～98Mpa。
Claims (3)
1.一种搅拌摩擦焊接专用搅拌头，由轴根(1)和轴肩(2)组合而成，其特征在于：所述轴肩(2)上的搅拌面(3)是圆环凹面，在轴肩(2)的轴芯处镶嵌有旋转锉(4)。
2.根据权利要求1所述的专用搅拌头，其特征在于：所述旋转锉(4)的材料是硬质合金。
3.一种采用权利要求1所述专用搅拌头的铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
打磨清理铝合金(6)和1Cr18Ni9Ti不锈钢(7)的待连接面，并用丙酮进行超声波清洗；将铝合金(6)水平放在1Cr18Ni9Ti不锈钢(7)上面，并将其一起固定在水平工作台上；将专用搅拌头轴根(1)装夹于搅拌摩擦焊机上，选择参数：专用搅拌头旋转速度950rpm、前进速度60～300mm/min；开机，专用搅拌头旋转并逐渐缓慢将旋转锉(4)插入铝合金(6)中，旋转锉(4)的长度为当表面有0.5mm的下压量时，旋转锉(4)底部进入不锈钢板(7)中0.3mm；平稳旋转后工作台水平匀速移动，形成焊缝。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110216 |