[发明专利]用于摩擦搅拌焊接不同材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料部段的摩擦搅拌焊接。更具体而言，本发明涉及利用局部选择性地加热工序从而使材料部段的温度升高达到接近其各自的软化点的温度水平并结合标准的摩擦搅拌焊接实践对不同材料部段进行的摩擦搅拌焊接，以便能够连接具有不同熔点的材料。

背景技术

摩擦搅拌焊接是一种已公知的工艺方法，其中借助由旋转摩擦工具引入的热量使要连接在一起的邻接部件沿着它们的接触表面增塑。当摩擦工具横向穿过将要连接在一起的工件之间的接缝时进行旋转。工具的旋转产生热量，在紧邻工件之间界面的部分处，所述热量使工件温度升高达到其塑性形变温度。随着工具沿着接缝进行移动，所述工具混合两个工件的增塑材料以产生限定出焊缝的固态结合。一般地，摩擦工具被成形具有大直径台肩，所述台肩形成在压力被施加到台肩上以保持与相邻工件形成可靠接触的同时被插入连接区域中的小直径探针的基座。

过去，摩擦搅拌焊接工艺方法已经成功地被应用在具有基本上相同的熔点的相对较低熔点的材料对的连接上。还已经发现：在实施搅拌焊接前，通过将材料部段预热达到接近其软化点的共同温度，更高熔点的材料可以通过摩擦搅拌焊接而被连接在一起。这种预热可提高混合工具的处理速度和使用寿命，由此有利于对这些材料应用搅拌焊接。但是，所述两种材料的熔点必须相互接近以避免其中一个部段发生所不希望的熔化。

虽然摩擦搅拌焊接已经在具有基本相同塑化温度的材料的连接领域得到了成功地应用，但是摩擦搅拌焊接却难以使塑化温度差异相当大的材料连接在一起。产生该困难的原因在于：当通过摩擦和/或预热充分升温，使具有更高熔点的材料升温达到其塑化温度时，相邻的更低熔点的材料同时被加热达到超出其塑化温度范围并且开始变成液体。当在摩擦搅拌焊接工艺过程中焊接界面处的工件材料变成液体时，不能形成正常的接缝。

发明内容

本发明通过提供一种使具有不同熔化特性的材料可以通过摩擦搅拌焊接而被联接在一起的工艺方法从而提供相对于现有技术而言的优势和/或其它可选方式。本发明可适用于联接片状、管状部段，或其它所需的几何形状。本发明的实践适于方便材料的连接，所述材料可以具有很大差别的塑化温度、以及具有适当差别的和/或相似的塑化温度。

依据本发明的一个方面，提供一种工艺方法，其中通过局部加热实践使两个相邻的材料部段在紧邻其相交部位的外侧的位置处受到加热，这使得每个部段的温度沿着相交部位升高达到不连续的预定水平，该预定水平对应于受到加热的特定材料部段的塑化温度。结合该不连续的局部加热，沿着相交部位进行传统的摩擦搅拌焊接，以形成固态结合。这样，每个部段沿着界面的温度被升高达到所需的预定温度水平，而不会出现所不希望的任何材料的液体化。

依据本发明的另一方面，提供一种对塑化温度差别较大的材料进行摩擦搅拌焊接的工艺方法，其中仅在与将要进行连接的部段之间的界面相距一段距离的位置处对更高熔点的材料进行局部不连续加热，从而使更高熔点材料的温度沿着界面升高达到所需的塑化温度。对在界面一侧上面的高熔点材料的局部加热也用于加热界面另一侧上面的更低熔点的材料。由于穿过界面自然产生温度梯度，因此较低熔点材料的温度被升高达到比更高熔点材料的温度更低的温度。因此，通过利用穿过界面的温度梯度，可使用单个热源使两种材料升高达到不同的温度，而不使任何一种材料发生液化。沿着相交部位进行传统的摩擦搅拌焊接以形成固态结合。

附图说明

被包括在内且构成本说明书一部分的以下附图示出了根据本发明所述的示范性实施例和实践方式，并且结合上文的一般性描述和下文的详细描述，用于解释说明本发明的原理，其中：

图1示出了一种用于连接两个具有不同熔点的片状材料的摩擦搅拌焊接技术；

图2示出了一种用于对两种不同熔点的管状材料进行摩擦搅拌焊接的工艺方法；和

图3示出了通过利用单一热源的摩擦搅拌焊接从而将两种熔点差别相当大的材料连接在一起的工艺方法。

虽然示范性实施例和工序在此进行了图示说明且将在下文中进行详细描述，但是应该理解和意识到：本发明绝不限于在此说明和描述的这些示范性实施例和工序。相反，在本发明的真实精神和范围内，本发明将延伸到包含本发明主要原理的其它可选方式和变型。

具体实施方式