[发明专利]适用于铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

铝及其合金具有强度高、耐腐蚀性好、塑性好、密度小、导热和导电性能优良的特性，这使其成为航空、航天、造船及其他工业领域重要的结构材料；然而，铝及其合金的抗腐蚀性差、线膨胀系数大等缺点导致其在上述应用中受到很大的局限。不锈钢抗腐蚀性好，但其具有导热性差、比强度不高等缺陷。将铝合金和不锈钢连接形成复合结构可以汲取不锈钢和铝合金的优点，故两者的连接具有极高的研究价值。然而，铝合金和不锈钢的物理化学性质相差很大，这使得现有技术中采用一般的熔焊方式连接的铝合金和不锈钢产品在工艺应用中主要存在以下缺陷：

熔焊过程中，铝和不锈钢中的铁以及其它元素生成大量的Al₁₃Fe4、AlFe、AIFe₃等脆性金属间化合物，严重降低了连接面的塑强度，由于铝与不锈钢的线膨胀系数相差较大，较低的强度使得连接件在骤冷骤热情况下特别容易开裂，从而影响铝合金和不锈钢复合结构的力学性能，进而导致其应用性变差。

因此，现有技术中急需要一种能够通过提高铝合金和不锈钢复合结构的强度来提高其应用性的焊接方式。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中熔焊技术应用于铝合金和不锈钢焊接时连接面塑性较低的缺陷，从而提供一种能够提高连接面塑性的反应搅拌摩擦焊接方法。

为此，本发明提供一种适用于铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接方法，至少包括以下步骤：

A.   在不锈钢母材的焊接面上形成Ni-Cu镀层；

B.将不锈钢母材和铝/铝合金母材拼合形成待焊接头；

C.   采用搅拌头对所述接头进行搅拌摩擦焊接，采用搅拌头对所述待焊接

头进行搅拌摩擦焊接，所述焊接的速度是50～150mm/min,所述搅拌头的转速400～800r/min,所述搅拌头端部的搅拌针的长度为所述待焊接头厚度的0.7-0.9倍。

在所述步骤A中形成的所述Ni-Cu镀层的厚度为100μm-200μm。

在所述步骤A中采用热喷涂的方式形成所述Ni-Cu镀层。

所述热喷涂在1100～1400℃ 的温度范围内进行。

在所述热喷涂之前将所述将Ni粉和Cu粉混合均匀，制备成喷涂液。

在所述步骤B中将具有Ni-Cu镀层的所述不锈钢母材和所述铝/铝合金母

材制成对接接头。

在所述步骤B中，所述铝/铝合金母材和不锈钢母材至少分别具有倾斜的搭接界面，所述铝/铝合金母材的搭接界面的水平倾斜角θ与所述不锈钢母材的搭接界面的水平倾斜角互为补角，两者通过搭接界面配合后形成水平搭接接头。

将所述水平倾斜角θ、搅拌头的轴肩直径d以及铝/铝合金母材和不锈钢

母材的厚度a的关系设置为：                                                                   。

所述铝/铝合金母材和所述钛合金母材还分别具有高度为h的竖直的搭

接界面，所述竖直的搭接界面位于所述倾斜的搭接界面的上部或下部，将所述高度h、所述水平倾斜角θ、搅拌头的轴肩直径d以及铝/铝合金母材和不锈钢母材的厚度a的关系设置为：             。

本发明还提供一种用于铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接中的接

头，包括铝/铝合金母材和不锈钢母材，在所述不锈钢母材的焊接面上具有Ni-Cu镀层，所述Ni-Cu镀层的厚度为100μm-200μm。

本发明提供的用于铝/铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接方法及接头，具有以下优点：

本发明提供一种用于铝合金和不锈钢连接的反应搅拌摩擦焊接方法，在不