[发明专利]搭接式免钎料搅拌摩擦直接固相压接方法

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦直接压接技术领域，特别涉及一种搭接式免钎料搅拌摩擦直接固相压接方法。 

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW:friction stir welding)所用的工具对待焊工件而言，不仅是热源，也是力源。特别在搭接接头的焊接中，工具作为力源对实现界面去膜、紧密接触作用的重要性更加凸显，其潜力有待深入挖掘。在搭接接头的搅拌摩擦焊接过程中，工具对工件的力学作用主要有锻压作用与扭转作用。锻压作用的影响因素主要有工具倾角与焊速。关于扭转作用影响因素的影响效果的研究相对较少，这些因素应有转速、距离工具轴心的距离(工具直径)、工件约束等。由于扭转效应是借助锻压效应提供所需的轴向压力，所以扭转效应应是以锻压效应为前提的，但从机械破膜的角度看，扭转作用的效果(旋压)应优于锻压效应的效果(静压)。从上述分析可知，欲强化机械破膜效果，应着眼于强化扭转作用的效果。当工具倾角、焊速一定时，轴向锻压分力基本确定，为此，须采取其他思路强化界面扭转作用的效果。 

搅拌摩擦焊作为一种短时加热的固相焊接方法能有效抑制异种金属熔焊时出现的过量脆性金属间化合物，在铝与异种金属的焊接方面有很大的应用潜力。但铝/钢搭接搅拌摩擦焊比铝/钢对接搅拌摩擦 焊更困难，主要表现在：界面氧化膜分散与竖向混合不良；针的磨损与断裂；两种母材屈服强度、软化温度与流动应力不同导致的界面微孔；单道焊接面积受制于针的直径(一般约5mm左右)而很小。为此，作为铝与异种坚硬金属搭接搅拌摩擦焊的改进技术，申请人前期研发了铝/钢搅拌摩擦钎焊(FSB：Friction sitr brazing或FSS：Friction stir soldering)新技术(参考文献1以及2)，它采用无针工具消除了坚硬母材对工具的恶性磨损；同时综合利用钎料的冶金作用(膜下溶解与潜流)、工具的力学作用(锻压效应与界面扭转效应)实现去膜、挤出钎料，可靠地获得了厚度适中的扩散层，从而降低了在实现界面混合方面对搅拌及塑性变形的苛求，即使在无针情况下也能获得可靠的界面连接。搅拌摩擦钎焊工艺既可用于铝板与坚硬异种材料的大面积焊接，也可用于制备双金属复合板。在铝/钢、铝/不锈钢、铝/铜等不同组合的搅拌摩擦钎焊工艺中，虽工艺要点各有不同，但都能获得断裂于铝板母材内而非焊接界面的良好搭接接头。对于搅拌摩擦钎焊工艺，需要进一步强化工具的力学作用从而为取消钎料、简化工艺、节约成本创造条件。 

参考文献： 

[1]Guifeng Zhang,Wei Su,Jianxun Zhang and Zhongxin Wei:Friction stir brazing:a novel process for fabricating Al/Steel layered composite and for dissimilar joining of Al to Steel.Metallurgical and Materials Transactions A,2011,42(9):2850-2861 

[2]张贵锋，苏伟，张建勋.一种搅拌摩擦钎焊制备双金属复合 板的方法.ZL200910021918.3 

发明内容

本发明的目的在于提供一种搭接式免钎料搅拌摩擦直接固相压接方法，该方法取消了搅拌摩擦钎焊(FSB)工艺中所用的钎料，可以简化搅拌摩擦钎焊的工艺，提高生产率，降低成本。 

为达到上述目的，本发明采用了以下具体技术方案： 

1)将板材A及板材B的待焊面打磨后以搭接接头形式进行装配，装配时根据板材A以及板材B的屈服强度差异，将板材A以及板材B中屈服强度较低的板材作为上板，将板材A以及板材B中屈服强度较高的板材作为下板，且所述上板的待焊侧边缘不被固定，以消除夹具对其边缘展宽变形的拘束，使其边缘处压溃变形、展宽变形与焊合面积最大化； 

2)按上述原则装配、固定后，按照焊接位置布置在所述上板边缘处的原则，使倾斜安装的搅拌工具旋转、下压，至搅拌工具肩端面与所述上板表面接触后，使旋转中的搅拌工具沿所述上板的边缘旋转摩擦并移动，从而直接实现板材A与板材B的免钎料固相连接。 

所述搅拌工具的肩边缘超出所述上板的边缘。 

所述搅拌工具为无针搅拌工具。 

当所述上板的厚度大于等于5mm时，采用带针搅拌工具，且控制带针搅拌工具压入深度，使针顶端接近焊接界面但不压入所述下板。