[发明专利]一种(W、CeO2）P/2A12Al体系复合材料的搅拌摩擦焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，特别涉及一种(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料的搅拌摩擦焊工艺。

背景技术

(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料是一种新型结构／功能一体化的金属基功能复合材料，具有良好的X射线屏蔽性能和较高的力学性能，可用于制造辐射屏蔽层和抗辐射加固部件等。作为一种新型金属基功能复合材料，可靠的焊接与连接技术是(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料得以广泛应用的重要前提。

目前，对于颗粒增强铝基复合材料的焊接应用较多的是熔化焊，如钨极氩弧焊(TIG)、熔化极气体保护焊(MIG)、瞬时液相扩散焊(TLP)等。使用熔化焊焊接颗粒增强铝基复合材料时，焊缝温度较高，基体金属发生熔化，将导致增强相的偏析、母材基体晶粒粗大和界面反应等问题，从而影响焊接质量。特别是对于(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料，界面反应生成的脆性化合物会严重影响复合材料的力学性能。因此，(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料不适合采用熔化焊方法进行焊接。

搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接技术，1991年由英国焊接焊接研究所发明。该技术是利用高速旋转的搅拌头插入工件的待焊部位，焊接部位金属在搅拌头的摩擦和搅拌的作用下处于热塑性状态并从搅拌头的前端向后端作塑性流动形成焊缝，从而实现固相连接。搅拌摩擦焊具有金属材料不熔化、焊接收缩变形小、力学性能损失低和环保等优点，自问世以来发展迅速，在航空航天、船舶、汽车、军事工业等领域有着广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料的搅拌摩擦焊工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种(W、CeO₂)_p／2A12Al体系复合材料的搅拌摩擦焊工艺，将(W、CeO₂)_p／2A12Al复合材料经成型、变形加工、退火处理后进行搅拌摩擦焊接，搅拌摩擦焊接的工艺条件为：焊接时搅拌头的转速为900～1400rpm，焊接速度为80～120mm／min。

其中，所述搅拌头为台阶式圆柱形搅拌头，搅拌头轴肩的直径为12mm，搅拌针的直径为5mm，搅拌针的长度为4.8mm。

优选地，所述(W、CeO₂)_p／2A12Al复合材料的成分为30wt.％W、4.5wt.％CeO₂，余量2A12Al合金。

优选地，所述(W、CeO₂)_p／2A12Al复合材料采用热等静压法或真空热压法制备成型。

优选地，所述变形加工方法为锻压或热挤压。

本发明的优点在于：

本发明可以实现(W、CeO₂)_p／2A12Al复合材料的固相连接，焊接温度低，可以有效抑制W与2A12Al基体的界面反应，避免反应产物对复合材料焊缝力学性能的损害。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

采用真空热压法制备(30wt.％W、4.5wt.％CeO₂)／2A12Al复合材料，经退火处理后进行搅拌摩擦焊接。焊接时，搅拌头转速为1400rpm，焊接速度为120mm／min。焊接后进行T4热处理，材料的抗拉强度为375MPa，屈服强度为237MPa，延伸率为4％。对焊缝进行XRD检测未发现界面反应产物。

实施例2

采用热等静压法制备(30wt.％W、4.5wt.％CeO₂)／2A12Al复合材料，经热挤压变形，再进行退火处理，然后进行搅拌摩擦焊接。焊接时，搅拌头转速为1400rpm，焊接速度为100mm／min。焊接后进行T4热处理，材料的抗拉强度为387MPa，屈服强度为238MPa，延伸率为8％。对焊缝进行XRD检测未发现界面反应产物。

实施例3