[发明专利]一种应用于软螺柱-硬基板的摩擦焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊方法，特别是一种应用于软螺柱-硬基板之间的复合热源摩擦 焊方法，属于焊接领域。

背景技术

生产生活许多方面需要进行螺柱-板材的连接。常用的焊接方法有电弧螺柱焊、钎焊、 摩擦焊等。

有相关研究通过电弧螺柱焊来实现螺柱-板材的连接，焊接过程中先在板材上产生毛 刺引燃电弧，在螺柱与板材之间产生熔池后施加一定压力，熔池冷却凝固，形成连接。 但是这种方法在焊接过程中极易产生金属间夹杂物，未融合等缺陷大大降低接头强度。 另有相关研究采用钎焊实现钢-铝异种材料的焊接，这种方法效率低，且铝合金、钎料、 钢之间多以金属间化合物的形式结合接头塑性低。

摩擦螺柱焊是一种新型的焊接方法，高效，高精度，使用范围广，但是难以焊接物 理性能(如熔点、导热系数等)差异较大的金属。在焊接过程中极易出现这种现象：熔 点低或热塑性好的金属受挤压发生变形，形成飞边，但是熔点高的金属基本不发生变化， 如图1所示，即在界面处基本无元素扩散，最终导致接头强度低。焊接异种金属螺柱-板 材时，这种现象更为显著，因为板材散热快，摩擦产生的热很快会被分散，界面更难达 到热塑性变形温度，也就不能得到高强的异种金属螺柱-板材接头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于软螺柱-硬基板的摩擦焊方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种应用于软螺柱-硬基板的摩擦焊方法，所述的软 螺柱-硬基板中硬基板与软螺柱之间的硬度值差HBS_硬基板-HBS_软螺柱≥20，所述的方法包括 如下步骤：

步骤一，在硬基板的待焊端面开燕尾孔，燕尾孔的上、下端面均采用圆弧过渡，将 软螺柱与硬基板安装在工作台上；

步骤二：先通保护气，后对硬基板进行预热；

步骤三：设置焊接参数，转速为1000～3000r/min，摩擦压力为60～150MPa，摩擦时 间为1～10s，顶锻压力为90～250MPa，顶锻时间为1～10s，给进速度为0.5～2.5mm/min， 在保护气氛围下完成焊接。

进一步的，步骤一中，当软螺柱的直径d小于10mm时，燕尾孔上端面直径为 1.1d～1.5d，下端面直径为1.4d～3d；当软螺柱直径为10～30mm时，燕尾孔上端面直径 为1.1d～1.3d，下端面直径为1.2d～2d；当软螺柱直径在30mm以上时，燕尾孔上端面 直径为1.05d～1.2d，下端面直径为1.05d～1.4d。

进一步的，步骤一中，当硬基板的板材厚度δ小于5mm时，燕尾孔的孔深为 0.5～0.85δ，硬基板的板材厚度δ为5～30mm时，燕尾孔的孔深为0.3～0.7δ，硬基板的 板材厚度δ为30mm以上时，燕尾孔的孔深为0.1～0.4δ。

进一步的，步骤一中，燕尾孔的下端面圆弧过渡处曲率半径大于

进一步的，步骤二中，保护气选用氩气或氦气，或氩气和二氧化碳的混合气体。

进一步的，步骤二中，对硬基板进行加热采用的热源为加热板、感应热源、电弧 或激光中的任意一种。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：(1)与传统摩擦焊接头相比，本发明一方 面增加了预热，加热熔点较高的金属，促进焊接界面的元素扩散，另一方面采用特殊的 接头结构使得接头焊后结构锁死，大大提高了结合强度；(2)与熔化焊接头相比，本发 明避免了如凝固裂纹、气孔、金属间夹杂物等缺陷，且热影响区小，焊接效率高，焊接 接头质量好；(3)与钎焊接头相比，本发明不需要钎料、钎剂，直接使较软螺柱与较硬 板材达到原子间结合，工艺简单，提高了焊接效率。

附图说明

图1是现有技术的摩擦焊焊接过程示意图。

图2是本发明所述的摩擦焊焊接过程示意图。

图3是本发明采用实心螺柱的焊接效果图。

图4是本发明采用空心螺柱的焊接效果图。

具体实施方式

本发明所述的焊接方法可适用于所有软螺柱-硬基板的焊接，如铝螺柱-钢基板、镁螺 柱-钢基板、铝螺柱-钛基板、铜螺柱-钢基板等。

如图2，本发明的具体焊接方法如下步骤：

步骤一：在硬基板3待焊端面设计燕尾孔2，燕尾孔2上、下端面均采用圆弧过渡， 避免应力集中。