[发明专利]铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法

说明书

本发明公开了铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，包括搅拌头本体，搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，搅拌针上部设置有搅拌针针尖，搅拌针呈梯形状结构，搅拌针底部设置有轴肩，轴肩为同心圆式，搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。本发明的有益效果是：采用窄台阶搭接(台阶宽度明显小于焊缝深度)搅拌摩擦焊搅拌头、研发新型窄搭接搅拌摩擦焊焊接工艺方法，实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊焊接，提高搅拌摩擦焊冷板类结构的冷却效率，增加了焊接过程中材料的流动性、减少了焊接压力与搅拌头轴肩宽度，显著提高了焊接结构设计效率、提高了冷板空间利用率和冷板冷却效率，提高了铝合金搅拌摩擦焊的适用性。

技术领域

本发明涉及一种铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法。

背景技术

铝合金冷板类结构由于其优越的导热和机械性能，被广泛应用于航空航天和电子技术等领域。冷板类结构的主要焊接接头形式为搭接，依靠台阶支撑焊缝焊接，由于搅拌摩擦焊优越的轻金属焊接性能，铝合金冷板搅拌摩擦焊技术被广泛应用。

窄台阶搭接是指焊缝宽深比(台阶宽度/焊缝深度)小于1，台阶宽度明显小于焊缝深度。搅拌摩擦焊接过程中通过搅拌针和搅拌头轴肩与母材摩擦来产热，由于焊接过程中轴肩对接头施加压力，搅拌摩擦焊搭接接头设计时必须留有足够的台阶来防止焊缝塌陷，搅拌头的尺寸和焊接工艺对搭接接头尺寸有重要影响。目前国内外现有的搅拌头进行搭接焊接时需要宽深比大于1(台阶宽度≥焊缝深度，)，当台阶过窄时焊缝会塌陷，这使得搅拌摩擦焊搭接在设计结构时必须增加搭接台阶宽度来满足搅拌摩擦焊焊接要求，而增加搭接宽度会增加冷板宽度或减少冷却流道的面积，使冷板冷却效率降低。因此如果要提高冷板冷却效率，需要实现铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊技术，目前国内外暂时没有关于窄搭接台阶搅拌摩擦焊的专利和文章。

因此，为解决上述问题，特提供一种新的技术方案。

发明内容

本发明提供一种铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法。

本发明采用的技术方案是：

铝合金窄台阶搭接搅拌摩擦焊的焊接方法，包括搅拌头本体，所述搅拌头本体包括搅拌针和轴肩，所述搅拌针上部设置有搅拌针针尖，所述搅拌针呈梯形状结构，所述搅拌针底部设置有轴肩，所述轴肩为同心圆式，所述搅拌针的高度与焊深相同，分别为4mm、5mm或6mm。

进一步的，当焊深为4mm时，搅拌针长度为4mm，右旋，搅拌针针尖直径为2.8mm，搅拌针根部直径为4.4mm，轴肩宽度为10mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深4mm，台阶不小于2mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。

进一步的，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，旋转头的旋转速度为1200～1500r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。

进一步的，当焊深5mm时，搅拌针长度为5mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.2mm，搅拌针根部直径为5.4mm；轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.6mm，适用于焊接焊深5mm，台阶不小于3mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。

进一步的，焊接步骤为：焊前通过酸碱清洗清除焊缝表面氧化膜，确认焊缝表面无毛刺、无损伤、无金属屑及油污，搅拌头的旋转速度为1000～1200r/min，焊接速度为100～120mm/min，搅拌头倾角为2.5°，进行摩擦焊焊接，使焊缝无缺陷。

进一步的，当焊深6mm时，搅拌针长度为6mm，右旋，搅拌针针尖直径为3.4mm，搅拌针根部直径为6.5mm，轴肩宽度为12mm，轴肩为同心圆式，内凹深度为0.63mm，适用于焊接焊深6mm，台阶不小于4mm的窄台阶搭接铝合金冷板类结构。