[发明专利]一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明提出了一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法，属于搅拌摩擦焊领域，特别是涉及一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法。解决了聚合物与金属搅拌摩擦焊接头表面成形差和力学性能低等问题。它包括焊前清理、待焊板材装夹定位、随动轴肩的安装、加热随动轴肩和搅拌摩擦焊接等步骤。它主要用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊领域，特别是涉及一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

在国家节能减排和建设制造强国的大环境下，轻量化提高能效比已成为交通领域的共同目标。构件的轻量化设计是提高性能、节能降耗、减少环境污染的有效途径之一。目前，能够满足结构使役性能和轻量化设计的重要途径为材料本体性能提高和材料的优化配置。通过聚合物/金属复合结构的设计可满足气体排放要求。可见，聚合物/金属复合结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重技术指标，但其涉及的焊接技术作为轻量化设计中关键问题仍未得到有效的解决。

搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术，涉及温度、力学、冶金及其相互作用，具有焊接温度低、塑性变形剧烈、接头质量高、绿色无污染等特点，并且可有效避免由熔化—凝固过程所引起的裂纹、气孔等缺陷，基本不受材料物理化学性质及晶体结构等因素的影响，对克服异种材料性能差异带来的焊接困难具有较大优势。但是在金属/聚合物复合材料搅拌摩擦焊接时，易出现焊缝成形困难和接头强度低等问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用于金属与聚合物之间的搅拌摩擦焊接方法，它包括以下步骤：

步骤一：进行焊前清理，使用有机溶剂或清洗剂对待焊板材进行擦拭，去除表面杂物，所述待焊板材为聚合物材料板材和金属材料板材；

步骤二：使用工装夹具对待焊板材进行装夹，使待焊板材对接面相互靠近，采用聚合物材料板材位于上层，金属材料板材位于下层的配置原则；

步骤三：采用机械连接的方式，将随动轴肩安装在搅拌摩擦焊机上，所述随动轴肩嵌套在搅拌头外侧，所述随动轴肩底面与搅拌头轴肩平齐，所述随动轴肩内部设置有加热装置，所述随动轴肩跟随搅拌头做同步平面运动；

步骤四：开启加热装置对随动轴肩进行加热，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至待焊板材中，直至随动轴肩底面与聚合物材料板材上表面紧密接触时停止下扎；

步骤五：随动轴肩对待焊板材充分预热后，驱动搅拌头以设定焊接速度向前运动进行焊接，随动轴肩保持加热状态并跟随搅拌头向前运动对待焊板材进行预热，当达到焊接距离后，搅拌头向上抬起，关闭加热装置，完成焊接过程。

更进一步的，所述有机溶剂为酒精或丙酮。

更进一步的，所述随动轴肩与加热装置为一体式结构或分体式机构。

更进一步的，所述随动轴肩的材质为钢、铜合金或钨铼合金。

更进一步的，所述加热装置的加热方式为热棒、热风或火焰辅助加热。

更进一步的，所述随动轴肩形状为平面形结构或曲面形结构。

更进一步的，所述加热装置对随动轴肩的加热温度为聚合物材料板材熔点的10-100％。

更进一步的，所述搅拌头的旋转速度为200-1000rpm，焊接速度为5-1000mm/min，所述搅拌头轴肩倾角为0-5度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过随动轴肩有效对位于上层的聚合物材料板材进行充分预热，避免了聚合物低热导率易导致缺陷的问题，有效地提高了焊接速度；