專利名稱：鋁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法及專用攪拌頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法，特別是鋁合金與ICrlSNiOTi不銹鋼的攪拌 摩擦焊接方法。還涉及這種攪拌摩擦焊接方法專用攪拌頭。
背景技術：
異種金屬的連接是現(xiàn)代制造業(yè)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銹鋼等耐腐蝕性好、耐高溫氧化及強 度高的高熔點金屬的復合連接技術更是關注的焦點。鋁及鋁合金與不銹鋼的連接結(jié)構(gòu)在工 業(yè)生產(chǎn)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(jié)構(gòu)、熱管結(jié)構(gòu)、鋁合金 與不銹鋼筒體結(jié)構(gòu)、高壓鍋中不銹鋼與鋁合金鍋底結(jié)構(gòu)等。然而，無論在熱物理性能，如熔 點、熱導率、線膨脹系數(shù)等方面，還是在材料力學性能方面差異較大而導致的異質(zhì)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(jié)構(gòu)，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌面3是平文獻“鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊，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銹鋼的過渡層釬焊方法，該方法采用Ni/ Cu過渡層對LF3鋁合金與0Crl8Ni9不銹鋼進行釬焊，方法是打磨清理不銹鋼待焊表面后， 用電刷鍍特殊鍍M液和快速鍍Cu液依次在活化后的不銹鋼面上刷鍍Ni、Cu層，實現(xiàn)了 鋁合金與不銹鋼的大面積面-面焊接，但由于有釬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(nèi)應力和微裂紋，不利于接頭的可靠結(jié)合，只得到了剪切強度為24 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制備和裝配要求較 高，焊接熱循環(huán)周期長，一般需要幾十分鐘到幾十小時，生產(chǎn)率低，制造成本較高；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(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊方法形成的接頭剪切強度低的不足， 本發(fā)明提供一種鋁合金與lCrl8M9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。采用專用攪拌頭，利用 其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在 短時間內(nèi)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 鋁合金與不銹鋼接頭的剪切強度。本發(fā)明還提供攪拌摩擦焊接專用攪拌頭。本發(fā)明解決其技術問題所采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上的攪拌面3是圓環(huán)凹面，在軸肩2的軸芯處 鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4。所述旋轉(zhuǎn)銼4的材料是硬質(zhì)合金。
一種采用上述專用攪拌頭的鋁合金與ICrlSNiOTi不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法， 其特點是包括以下步驟打磨清理鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波清 洗；將鋁合金6水平放在ICrlSNiOTi不銹鋼7上面，并將其一起固定在水平工作臺上；將 專用攪拌頭軸根1裝夾于攪拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速 度60 300mm/min ；開機，專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼 4的長度設計為當表面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入不銹鋼板7中0. 3mm ；平穩(wěn) 旋轉(zhuǎn)后工作臺水平勻速移動，形成焊縫。本發(fā)明的有益效果是由于采用專門設計攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦 產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時間內(nèi)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不銹鋼接頭 的剪切強度由現(xiàn)有技術的24 35Mpa提高到75 98Mpa。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細說明。


圖1是本發(fā)明摩擦焊接用攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明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(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-軸根，2-軸肩，3-攪拌面，4-旋轉(zhuǎn)銼，5-切面，6-鋁合金，7-lCrl8Ni9Ti不 銹鋼。
具體實施例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，攪拌面3是圓環(huán) 凹面，在軸肩2的軸芯鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4，旋轉(zhuǎn)銼4由硬質(zhì)合金材料制成。軸肩直徑Φ25πιπι， 旋轉(zhuǎn)銼直徑Φ 6mm。實施例2 1060鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理1060鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的1060鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入1060鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接后，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(jīng)過對焊接后的1060鋁合金/ICrlSNiOTi不銹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不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理6061鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波
4清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的6061鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入6061鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接后，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(jīng)過對焊接后的6061鋁合金/ICrlSNiOTi不銹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不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理2024鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的2024鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入2024鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接后，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(jīng)過對焊接后的2024鋁合金/ICrlSNiOTi不銹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
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，其特征在于所述軸肩(2)上的攪拌面(3)是圓環(huán)凹面，在軸肩(2)的軸芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的專用攪拌頭，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)銼(4)的材料是硬質(zhì)合
3.一種采用權利要求1所述專用攪拌頭的鋁合金與ICrlSMOTi不銹鋼的攪拌摩擦焊 接方法，其特征在于包括以下步驟打磨清理鋁合金(6)和ICrlSNiOTi不銹鋼(7)的待連接面，并用丙酮進行超聲波清 洗；將鋁合金(6)水平放在ICrlSNiOTi不銹鋼(7)上面，并將其一起固定在水平工作臺上； 將專用攪拌頭軸根(1)裝夾于攪拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前 進速度60 300mm/min ；開機，專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼(4)插入鋁合金(6) 中，旋轉(zhuǎn)銼(4)的長度為當表面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼(4)底部進入不銹鋼板(7)中 0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工作臺水平勻速移動，形成焊縫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法及專用攪拌頭，用于解決現(xiàn)有的鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊方法形成的接頭剪切強度低的技術問題。技術方案是采用專用攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時間內(nèi)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不銹鋼接頭的剪切強度由現(xiàn)有技術的24～35MPa提高到75～98MPa。
文檔編號B23K20/12GK101972891SQ20101051712
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權日2010年10月21日
發(fā)明者張賦升, 李京龍, 熊江濤, 魏艷妮 申請人:西北工業(yè)大學