[发明专利]一种增强铝合金焊头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料，特别提供了一种增强铝合金焊头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺，适用于焊接各种高强度铝合金。

背景技术：

搅拌摩擦焊接铝合金的焊核区在金相腐蚀后常常会出现一条“S”形的线，它一般出现在焊核区的根部，有时会贯穿整个焊核区。铝板对接面的氧化皮被认为是导致“S”线产生的直接原因(Scripta Mater.vol.50，No.3(2004)p.365-369)。研究表明焊头底部的“S”线导致了接头疲劳性能的明显降低(Scripta Mater.vol.54，No.8(2006)p.1515-1520)。

在热处理强化铝合金的搅拌摩擦焊接过程中，热影响区由于沉淀强化相的明显粗化并部分溶解其硬度和强度明显降低，焊后T6处理是恢复焊头性能的有效方法之一。然而最近的研究表明，在焊接状态下“S”线有时并不出现，对性能也没有明显的影响，但在T6处理后，在焊头根部出现锯齿形微裂纹，从而对焊头的性能产生不利的影响(ScriptaMater.vol.56，No.1(2007)p.69-72.)。这表明，即使对于完全贯穿焊透的铝合金板，在焊头的根部也常常会出现缺陷或存在潜在的缺陷。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种增强铝合金焊头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺，可用于各种高强度铝合金工件、特别是需要进行焊后T6处理强化的工件的连接。

本发明提供了一种增强铝合金焊头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于：该焊接工艺由一道次正常的全贯穿搅拌摩擦焊接和背部二次浅层补焊组成，二次浅层补焊消除焊头根部已出现的或潜在的裂纹源，提高焊头的力学性能。

本发明增强铝合金焊头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺中，第一道次焊接采用通常的焊接工艺和与板厚相适应的搅拌针长度进行全贯穿搅拌摩擦焊接，然后把焊接板翻转，采用小尺寸焊接工具在背部进行二次浅层补焊，补焊的深度为1-4mm。

本发明提出了一个新的搅拌摩擦焊接工艺，通过采用小尺寸焊接工具在已焊接板背部进行第二次焊接，消除焊头根部已出现或潜在的缺陷，可明显提高焊头的力学性能。本发明工艺简单，只需在焊接后的板子背部进行浅层二次补焊，就可以达到消除焊头根部裂纹源、提高焊头性能的目的。因此，有理由相信这种新的焊接工艺方案在连接高强度铝合金方面将有着广阔的工业应用前景。

具体实施方式：

实施例1

使用8mm厚7075-T651轧制板材，在工具转速600转/分钟、焊接速度100毫米/分钟的焊接参数下进行一道次全贯穿焊接后，采用轴肩直径12mm、搅拌针长度3.2mm的焊接工具在焊板的背面进行二次浅层补焊，焊接参数为工具转速400转/分钟、焊接速度75毫米/分钟。焊头的横向拉伸强度为462MPa，屈服强度为331MPa，延伸率为7.4％。

比较例1

使用8mm厚7075-T651轧制板材，在工具转速600转/分钟、焊接速度100毫米/分钟的焊接参数下进行一道次全贯穿焊接。焊头的横向拉伸强度为410MPa，屈服强度为274MPa，延伸率为6.9％。

实施例2

使用8mm厚7075-T651轧制板材，在工具转速600转/分钟、焊接速度100毫米/分钟的焊接参数下进行一道次全贯穿焊接后，采用轴肩直径12mm、搅拌针长度3.2mm的焊接工具在焊板的背面二次浅层补焊，焊接参数为工具转速400转/分钟、焊接速度75毫米/分钟，焊接样品进行标准的T6热处理。焊头的横向拉伸强度为515MPa，屈服强度为501MPa，延伸率为3.4％。

比较例2

使用8mm厚7075-T651轧制板材，在工具转速600转/分钟、焊接速度100毫米/分钟的焊接参数下进行一道次全贯穿焊接，焊接样品进行标准的T6热处理。焊头的横向拉伸强度为362MPa，延伸率只有1.3％。

实施例3

使用6mm厚6061-T651轧制板材，在工具转速1400转/分钟、焊接速度400毫米/分钟的焊接参数下进行一道次全贯穿焊接后，采用轴肩直径10mm、搅拌针长度2.4mm的焊接工具在焊板的背面二次浅层补焊，焊接参数为工具转速600转/分钟、焊接速度100毫米/分钟，焊接样品进行标准的T6热处理。焊头的横向拉伸强度为335MPa，延伸率为3.0％。

比较例3